Four à parois de chauffage. L'invention a pour objet un four à parois de chauffage, par exemple un four à coke.
Le dessin annexé en représente une forme d'exécution, donnée à titre d'exemple, et cons tituant un four à coke horizontal.
ri ig. 1 est une vue de face de trois des cornues qui, juxtaposées en plus ou moins grand nombre, constituent le four, la cornue médiane ayant été seule figurée avec sa porte antérieure, cette dernière ayant d'ailleurs subi un arrachement partiel; Fig. 2 est, à plus grande échelle, une coupe transversale verticale de ladite cornue médiane, les deux cornues contiguës ayant été, comme dans la fig. 1, dessinées en vue de face; Fig. 3 est une coupe verticale partielle, par un plan longitudinal passant par 3-3 de la fig. 2;
Fig. 4 est une coupe semblable à la précé dente, mais selon 4-4 de fig. 2, et Fig. 5, une coupe selon 5-5 de fig. 2 égalemen'f; Fig. 6 est la vue en plan de l'un des types des blocs qui constituent les parois desdites cornues; Fig. 7 est la vue en élévation du même bloc; Fig. 8 est la vue en plan d'un autre type de blocs, et Fig. 9 en est la vue en élévation.
Dans la fig. 2, 25, 26 e'±' 27 sont trois cornues contiguës quelconques du four. Cha cune de ces cornues comporte deux parois la térales, comme, par exemple, 38 et 39 dans la cornue 26; entre deux cornues contiguës se trouve une cloison intermédiaire 40 et deux espaces vides 41, espaces assez grands pour que chaque cornue puisse se dilater librement jusqu'à une température un peu inférieure à la température normale de service, mais assez petits pour qu'à cette dite température, toutes les parois viennent fortement en contact' les unes avec les autres;
à ce moment, les pous sées qu'exerce le coke .dans les cornues de part et d'autre d'un groupe de parois 39, 40 et 38, s'équilibrent sensiblement, et les matériaux qui constituent lesdites parois ne sont plus soumis qu'à des efforts de compression.
Les parois 38 et 39 d'une cornue compor tent des canaux intérieurs 54, dont la forme sera décrite plus loin, et qui sont parcourus par des gaz chauds; ce genre de parois sera désigné dans la suite par "parois de chauf fage".
Elles sont constituées par un assemblage de blocs parmi lesquels sont ceux que repré sentent les fig. 6 et 7 et les fig. 8 et 9, blocs dont la longueur est égale à l'épaisseur des- dites parois, et dont certaines faces compor tent des entailles qui, après assemblage for ment justement les canaux 54; il est évident que la section de ces derniers dépend de la profondeur des entailles; cette profondeur est telle que la section desdits canaux 54 diminue graduellement entre l'entrée des gaz chauds et leur sortie.
Dans une couche horizontale de blocs, ceux que représente la fig. 6 sont placés entre deux de ceux que représente la fig. 8; la forme en plans inclinés des extrémités des blocs donne à cet assemblage une très grande rigidité. En outre, tout glissement entre deux couches ho rizontales consécutives est impossible, grâce à des saillies 64 et à des rainures 63 ména gées sur chaque bloc. Dans deux couches con sécutives on a. d'ailleurs soin de faire alterner les joints, afin d'obtenir des canaux sinueux en forme de chicanes.
Des parois construites comme il vient d'être dit, au moyen de blocs tels que décrits, sont particulièrement résistantes au point de vue mécanique; en outre, chaque bloc for mant, par l'une de ses faces, une partie des faces intérieures de la cornue, la transmission de la chaleur s'effectue dans de bonnes con ditions et le rendement thermique est excel lent.
42 est le dôme de la cornue 26, 91 un faux plancher, de préférence en briques silicieuses faciles à remplacer, destiné à protéger la sole de la cornue proprement dite. 49 sont des brûleurs, faits en un produit réfractaire quel conque, logés dans des canaux 45 s'étendant du sommet des parois de chauffage à la couche désignée par 53, canaux que l'on obtient par la combinaison de briques longues 43 et de briques courtes 44.
Ces brûleurs 49 sont ter minés, à. leur partie inférieure, par des tuyères tronconiques 47, emboîtées dans des man- chons 52, également tronconiques, qui fer ment, vers le haut, les chambres de combustion des parois de chauffage; ces manchons 52, comme les tuyères 47, peuvent être très aisé ment remplacés. 91a sont des blocs triangu laires qu'il est facile de sortir par les canaux 45 après avoir enlevé les manchons 52, et des tinés à protéger les premiers blocs rencontrés par les gaz chauds.
50 et 51 sont des tubulures qui amènent aux brûleurs 49 un mélange sous pression d'air et de gaz, mélange provenant de con duites 32 et 33.
55 et 60 sont des canaux conduisant au collecteur 61 les produits de la combustion de ce mélange, collecteur d'où l'on peut les diri ger, par exemple, dans des récupérateurs de chaleur.
Enfin 88 est la porte de la cornue 26, porte qui est mo@ritée sur des gonds doubles 86-87, disposés de façon à ce qu'elle pénètre en ligne droite dans un logement biseauté de la paroi antérieure de la cornue; lesdits gonds sont soulagés par un galet 89 qui peut rouler sur la plate-forme du four, et qui est ré glable, dans le sens vertical, dans un bossage 90 prévu à cet effet sur la porte.
Le fonctionnement d'une cornue est le suivant: Un gaz combustible et de l'air arrivent sous pression par les tuyaux 48 dans la partie supérieure des brûleurs 49; ils s'y mélangent, puis traversent les tuyères 47 à la sortie des quelles ils s'enflamment; la vitesse du mé lange à l'intérieur des tuyères 47 est choisie suffisamment grande pour que la combustion ne puisse pas se propager à l'intérieur des brûleurs; cette combustion s'effectue d'ail leurs sans flammes éclairantes, si la pression et la proportion d'air et de gaz sont corredte- ment choisies.
D'après la description qui a été faite de la forme des canaux 45 et 54, on voit que la vi tesse des gaz chauds produits par la combus tion est relativement faible dans les canaux 45, parce que la section en est relativement grande, mais qu'elle augmente au fur et à mesure que cesdits gaz s'éloignent des tuyères, grâce au fait que la section des pas sages ménagés entre les blocs devient de plus en plus petite; or la quantité de chaleur cédée par un fluide à une paroi est d'autant plus grande que la vitesse du fluide est plus éle vée;
on comprend donc que le refroidissement progressif des gaz de chauffage, au fur et à mesure qu'ils s'éloignent des tuyères, se trouve corrigé par l'augmentation progressive de leur vitesse, augmentation que l'on a obtenue sim plement en combinant entre eux des blocs à entailles de moins en moins profondes.
Il y a lieu de remarquer en outre, qu'en disposant les blocs en quinconce, comme le montre la fig. 3, on oblige les gaz chauds à suivre un trajet sinueux, ce qui en assure un brassage énergique et augmente avanta geusement la durée de leur passage au tra vers de la paroi de chauffage et, par consé quent, l'utilisation de la chaleur qu'ils ren ferment.
Dans les canaux 45 qui sont droits, la durée du trajet est au contraire relativement réduite, et l'action des gaz chauds relative ment faible; semblable conclusion a d'ail leurs déjà été tirée plus haut lorsqu'il a été question de la vitesse des gaz dans ces mêmes canaux.
On remarquera que la partie des parois de chauffage située au-dessus des tuyères 47 n'est pas parcourue par des gaz chauds; le dôme des cornues n'est donc pas chauffé de l'extérieur; la température en est cependant la même que dans les autres zones, si toutes les proportions sont bien choisies, grâce à l'ap port de chaleur des gaz chauds de la distilla tion qui s'y accumulent.
On peut choisir d'ailleurs la hauteur de cette zone supérieure non chauffée, telle, que la température du dôme soit relativement basse, afin que les gaz de distillation puissent en être évacués à une température n'ayant aucune action destruc- 'five sur les matériaux qui composent les ca naux. Dans ce cas, on a soin de ne pas char ger la cornue sur toute sa hauteur, mais seulement sur celle qui se trouve chauffée à la température voulue, c'est-à-dire environ jus qu'à la hauteur désignée par 53.
En procé- dant de cette façon, on a encore l'avantage de soustraire la zone supérieure des parois au chauffage, zone qui au point de vue méca nique est moins résistante que les zones infé rieures aux poussées dûes à l'augmentation de volume du coke pendant l'opération.
Après avoir parcouru les canaux 54, les gaz sont conduits aux installations qui assu rent le tirage et éventuellement la récupéra tion de chaleur, par les canaux 55, 60 et 61, comme il a déjà été dit.
Quant aux gaz produits par la distillation du charbon à l'intérieur des cornues, ils se rassemblent dans le dôme, puis s'écoulent par des canaux 78 dans des collecteurs 74 et 75 d'où on les dirige sur les installations voulues pour leur épuration et leur utilisation.
On remarquera que les canaux 78 ne sont pas situés dans le même axe que les collec teurs 74 et 75; ils sont au contraire déviés en 79, ceci afin de soustraire les collecteurs au chauffage par radiation du contenu de la cornue, et afin que les gaz de distillation sor tent du four à une température aussi basse que possible.
On remarquera que les canaux 78 qui partent de la gauche du dôme ne sont pas en face de ceux qui partent de la droite, ceci afin que le départ des gaz de distillation s'effectue d'une façon bien uniforme sur toute la longueur du dôme. Le plafond de ce der nier est d'ailleurs percé, outre des prises de gaz 78, de trous fermés par des couvercles pour le changement du charbon à traiter dans les cornues, trous que, pour simplifier, l'on a pas figurés sur le dessin.
Dans la description qui précède, les gaz de chauffage ont été supposés circuler de haut en bas; mais, sans nuire au caractère de l'in vention, on pourrait, si les nécessités du chauffage uniforme de la cornue l'exigeaient, imaginer la construction du four de façon à ce qu'ils circulent dans une autre direction.
Furnace with heating walls. The invention relates to an oven with heating walls, for example a coke oven.
The appended drawing shows an embodiment thereof, given by way of example, and constituting a horizontal coke oven.
ri ig. 1 is a front view of three of the retorts which, juxtaposed in greater or lesser number, constitute the furnace, the median retort having been the only one shown with its front door, the latter having also undergone a partial tearing away; Fig. 2 is, on a larger scale, a vertical cross section of said median retort, the two contiguous retorts having been, as in FIG. 1, drawn in front view; Fig. 3 is a partial vertical section, by a longitudinal plane passing through 3-3 of FIG. 2;
Fig. 4 is a section similar to the previous one, but according to 4-4 of fig. 2, and Fig. 5, a section along 5-5 of FIG. 2 also; Fig. 6 is a plan view of one of the types of the blocks which constitute the walls of said retorts; Fig. 7 is the elevational view of the same block; Fig. 8 is the plan view of another type of block, and FIG. 9 is the elevation view.
In fig. 2, 25, 26 and '±' 27 are any three contiguous retorts of the furnace. Each of these retorts has two lateral walls, such as, for example, 38 and 39 in retort 26; between two contiguous retorts is an intermediate partition 40 and two empty spaces 41, spaces large enough for each retort to expand freely to a temperature a little lower than the normal operating temperature, but small enough so that at this said temperature, all the walls come into strong contact with each other;
at this moment, the thrusts exerted by the coke in the retorts on either side of a group of walls 39, 40 and 38, are substantially balanced, and the materials which constitute said walls are no longer subjected only to compressive forces.
The walls 38 and 39 of a retort comprise internal channels 54, the shape of which will be described later, and which are traversed by hot gases; this type of wall will be referred to below as “heating walls”.
They are formed by an assembly of blocks among which are those shown in Figs. 6 and 7 and fig. 8 and 9, blocks the length of which is equal to the thickness of said walls, and of which certain faces comprise notches which, after assembly, form precisely the channels 54; it is obvious that the section of the latter depends on the depth of the notches; this depth is such that the section of said channels 54 gradually decreases between the entry of the hot gases and their exit.
In a horizontal layer of blocks, those shown in fig. 6 are placed between two of those shown in FIG. 8; the inclined plane shape of the ends of the blocks gives this assembly very high rigidity. In addition, any sliding between two consecutive horizontal layers is impossible, thanks to protrusions 64 and grooves 63 formed on each block. In two consecutive layers we have. moreover, take care to alternate the joints, in order to obtain sinuous channels in the form of baffles.
Walls constructed as has just been said, by means of blocks as described, are particularly resistant from a mechanical point of view; in addition, each block for mant, by one of its faces, a part of the internal faces of the retort, the heat transmission takes place under good conditions and the thermal efficiency is excellent.
42 is the dome of the retort 26, 91 a false floor, preferably of easy-to-replace siliceous bricks, intended to protect the sole of the retort itself. 49 are burners, made of any refractory product, housed in channels 45 extending from the top of the heating walls to the layer designated by 53, channels which are obtained by the combination of long bricks 43 and bricks short 44.
These burners 49 are finished at. their lower part, by frustoconical nozzles 47, fitted into sleeves 52, also frustoconical, which close, upwards, the combustion chambers of the heating walls; these sleeves 52, like the nozzles 47, can be very easily replaced. 91a are triangular blocks which are easy to take out through the channels 45 after having removed the sleeves 52, and tines to protect the first blocks encountered by the hot gases.
50 and 51 are pipes which bring to the burners 49 a pressurized mixture of air and gas, a mixture coming from pipes 32 and 33.
55 and 60 are channels leading to the collector 61 the products of the combustion of this mixture, a collector from which they can be directed, for example, into heat recuperators.
Finally 88 is the door of the retort 26, a door which is mo @ ritée on double hinges 86-87, arranged so that it penetrates in a straight line into a bevelled housing of the anterior wall of the retort; said hinges are relieved by a roller 89 which can roll on the platform of the oven, and which is adjustable, in the vertical direction, in a boss 90 provided for this purpose on the door.
The operation of a retort is as follows: A combustible gas and air come under pressure through the pipes 48 in the upper part of the burners 49; they mix with it, then pass through the nozzles 47 at the outlet from which they ignite; the speed of the mixture inside the nozzles 47 is chosen sufficiently high so that the combustion cannot propagate inside the burners; this combustion also takes place without illuminating flames, if the pressure and the proportion of air and gas are correctly chosen.
From the description which has been given of the shape of the channels 45 and 54, it can be seen that the speed of the hot gases produced by the combustion is relatively low in the channels 45, because the cross section is relatively large, but that it increases as these gases move away from the nozzles, thanks to the fact that the section of the wise steps formed between the blocks becomes smaller and smaller; now the quantity of heat transferred by a fluid to a wall is all the greater as the speed of the fluid is higher;
it is therefore understood that the progressive cooling of the heating gases, as they move away from the nozzles, is corrected by the progressive increase in their speed, an increase which has been obtained simply by combining between them blocks with less and less deep notches.
It should also be noted that by arranging the blocks staggered, as shown in fig. 3, the hot gases are forced to follow a sinuous path, which ensures vigorous stirring and advantageously increases the duration of their passage through the heating wall and, consequently, the use of heat which 'they close.
In the channels 45 which are straight, the journey time is on the contrary relatively short, and the action of the hot gases relatively weak; a similar conclusion has already been drawn above when it comes to the speed of gases in these same channels.
It will be noted that the part of the heating walls situated above the nozzles 47 is not traversed by hot gases; the retort dome is therefore not heated from the outside; the temperature is, however, the same as in the other zones, if all the proportions are well chosen, thanks to the supply of heat from the hot gases of the distillation which accumulate there.
It is also possible to choose the height of this unheated upper zone, such that the temperature of the dome is relatively low, so that the distillation gases can be evacuated therefrom at a temperature having no destructive action on the materials that make up the channels. In this case, care is taken not to load the retort over its entire height, but only on that which is heated to the desired temperature, that is to say approximately up to the height designated by 53.
By proceeding in this way, we still have the advantage of removing the upper zone of the walls from heating, a zone which from a mechanical point of view is less resistant than the lower zones to thrusts due to the increase in volume of the heater. coke during the operation.
After having passed through the channels 54, the gases are conducted to the installations which ensure the draft and possibly the heat recovery, through the channels 55, 60 and 61, as has already been said.
As for the gases produced by the distillation of the coal inside the retorts, they collect in the dome, then flow through channels 78 into collectors 74 and 75 from where they are directed to the desired installations for their purification. and their use.
It will be noted that the channels 78 are not located in the same axis as the collectors 74 and 75; on the contrary, they are deflected at 79, in order to remove the collectors from heating by radiation from the contents of the retort, and so that the distillation gases leave the furnace at a temperature as low as possible.
It will be noted that the channels 78 which start from the left of the dome are not opposite those which start from the right, so that the departure of the distillation gases takes place in a very uniform manner over the entire length of the dome. . The ceiling of the latter is moreover pierced, in addition to the gas outlets 78, with holes closed by covers for changing the carbon to be treated in the retorts, holes which, for simplicity, have not been shown on the drawing.
In the foregoing description, the heating gases have been assumed to flow from top to bottom; but, without detracting from the character of the invention, one could, if the necessities of the uniform heating of the retort so demanded, imagine the construction of the furnace so that they circulate in another direction.