Four. L'objet de la présente invention est un four, 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.
Fig. 1 en est une coupe longitudinale par un plan vertical mené par 1-1 des fig. 3, 4 et 5; Fig. 2 est une coupe partielle analogue; mais par un plan vertical mené par<B>2-9-</B> des mêmes figures; Fig. 3 est une coupe transversale partielle menée par 3-3 de fig. 2; Fig. 4 est une coupe semblable, mais par 4-4 d e fig. 2, de même que Fig. 5 est une coupe par 5-5 de fig. 2, et Fig. 6, une coupe par 6-6 de fig. 2;
Fig. 7 est une coupe longitudinale par tielle par un plan vertical passant par 7-7 de fig. 4, et Fig. 8, une coupe semblable, mais par 8-8 de fig. 5 ;
Fig. 9 est une coupe horizontale partielle suivant 9-9 de fig. 4, et les Fig. 10 à 16 sont également des coupes horizontales par 10-10 des fig. 3 et 4, 11-11 de fig. 5, 12-12 de fig. 5, 13-13 de fig. 1, 14-14 de fig. 1, l5-15 des fig. 4 et 1, et 16-16 de fig. 1; Fig. 17 est un schéma partiel _ d'une dis position de conduites pour la distribution du gaz.
Dans ces figures, 20 et 21 sont les parois gauche et droite d'une cornue 22 dont 23 est la porte antérieure et 24 la porte postérieure; on voit sur les coupes horizontales que la lar geur de la cornue diminue de la porte 24 à la porte 23, disposition qui a pour but de fa ciliter le défournage du coke.
25 (fig. 2, 3, 5, 6 et 9) sont des brûleurs alimentés par des conduites de- gaz 77 et 80, brûleurs dont le débit peut être réglé au moyen de vannes 26. Les gaz chauds fournis par ces brûleurs parcourent des ca naux qui seront décrits phis loin, ménagés dans les parois 23 et 24; aussi ces dernières seront-elles désignées dans la suite par "pa- rois de chauffage". Elles sont divisées dans le sens de la longueur, par des cloisons 27, 28, 29 et 30 (fig. 2), en compartiments ne communiquant pas les uns avec les autres.
Les brûleurs 25 débouchent dans des chambres de combustion 34 où aboutissent également des conduits d'air 33 venant de chambres à air 32; ces conduits 33 peuvent être obturés plus ou moins au moyen de re gistres 35 man#uvrés au travers de regards 31 dont l'ouverture, dans la face supérieure du four, est fermée pendant le fonctionne ment. 36 sont des conduits verticaux à air chaud qui sont ménagés chais des cloisons 37 séparant les parois de chauffage de deux cornues con tiguës; tous les conduits verticaux 36 d'une même cornue sont mis en communication les uns avec les autres par des passages horizon taux 38 et 39 visibles, entre autres, sur les fig. 4 et 7;
ils débouchent ensuite dans la. partie supérieure d'un récupérateur qui sera décrit plus loin; on remarquera que tous les conduits verticaux 36 et tous les passages ho rizontaux 38 et 39 d'une cornue sont ind6pen- dants de ceux des cornues contiguës. On a représenté dans fig. 2 une paroi de chauf fage constituée par des blocs assemblés en quinconce dont la forme se trouve décrite dans le brevet N 94648 pris par l'American Coke and Chemical Co.
Grâce à la forme de ces blocs la transmission de la chaleur des gaz chauds au contenu de la cornue se fait rapi dement; en outre, le trajet desdits gaz est re lativement grand, et la forme sinueuse de ce trajet assure un brassage énergique du mé lange; enfin les parois de chauffage sont par ticulièrement rigides.
Tous les canaux formés par l'assemblage desdits blocs débouchent, à la partie infé rieure du four proprement dit, dans un canal longitudinal 40 situé au-dessous de la sole de la cornue 22. Ce canal doit avoir une section transversale suffisante pour écouler facile ment les gaz brûlés; toutefois il convient de le faire aussi étroit que possible afin que le poids du contenu de la cornue soit transmis dans de bonnes conditions, par des murs 41 et 42 (fig. 3), aux fondations du four; c'est pour ces deux raisons qu'il est plus étroit dans sa partie supérieure que dans sa partie infé rieure.
Ce même canal 40 s'étend sur toute. la longueur du four (fig. 2); il peut Mre mis en communication avec deux autres canaux 43 et 44 (fig. 2, 5 et 1-1) séparés l'un de l'autre par une cloison 45; cette communication s'é tablit par des orifices 6L) que l'on peut ob turer plus ou moins complètement au moyen de registres 64; ces derniers peuvent être ma noeuvrés au travers de regards 65 ménagés dans les parois frontales du four, regards qui sont habituellement fermés.
Les canaux 43 et 44 communiquent eux- mêmes par des conduits de descente 46 et 47, avec les deux moitiés 48 et 49 d'un récupéra teur de chaleur. Ces deux moitiés sont isolées l'une de l'autre par une cloison centrale 50;
elles sont constituées chacune par des tuyaux 51 en produits réfractaires qui, placés bout à bout, forment des carneaux disposés en couches; ces dernières sont maintenues à. dis tance les unes des autres par des plots 52 et 53 (fig. 3) placés de telle façon que de l'air circulant de bas en haut dans le récupérateur est obligé de contourner les carneaux en zig zags; les extrémités antérieures et posté rieures desdits carneaux traversent des cloi sons 54 dans lesquelles, elles sont ajustées d'une façon étanche; l'air ne peut donc pas se mélanger aux gaz circulant à l'intérieur des carneaux.
541, 55 et 56 sont des cloisons horizontales qui obligent les gaz chauds venant de 46 ou 47 à traverser des passages 57, puis un pre mier groupe de carneaux, ensuite des pas sages 60, un second groupe de carneaux, des passages 58, un troisième groupe de car- neaux, des passages 61 et un quatrième groupe'de carneaux, pour s'écouler finalement par des passages 59 dans des conduites d'éva cuation munies de papillons 62. On remar quera que la section d'écoulement des gaz chauds diminue des conduits de descente aux conduites d'évacuation, afin de tenir compte de la réduction de volume résultant de la di minution graduelle de leur température.
66 et 6 7 sont deux canaux longitudinaux" recevant de l'air sous pression provenant d'une source quelconque par des orifices 68 ménagés dans les fondations; ces orifices peuvent être obturés plus ou moins au moyen de registres 69 pouvant être manoeuvrés au travers de regards 70; clans la partie supé rieure du récupérateur se trouvent deux con duits collecteurs d'air chaud longitudinaux 71 et<B>72.</B>
Enfin 75, (fig. 6 et 8) sont des conduits de gaz additionnels, reliés à des conduites à gaz 78 et 79 par l'intermédiaire de vannes de ré- plage 76, et débouchant en 73 (fig. 2 et 6) clans la chambre de combustion des parois de chauffage de la cornue, après avoir traversé des blocs 74 qui assurent l'étanchéité entre les cloisons 37 et la chambre de combustion.
On remarquera que, grâce aux petits inter valles ménagés entre les cloisons 5 7 et les parois, de même qu'entre deux blocs 74 adja cents, les cornues peuvent se dilater libre ment; cesdits intervalles sont cependant assez petits pour que, à la température normale du four, ils disparaissent complètement. Les poussées du coke dans les cornues adjacentes, poussées qui sont sensiblement égales, ne sou mettent alors les matériaux qui constituent les parois de chauffage et les cloisons 37, qu'à des effoits de compression, ce* qui est avan tageux au point de vue de leur durée.
Le fonctionnement de l'installation est le suivant: Le chauffage du contenu de chaque cor nue, par exemple de la cornue 22, est obtenu par la combustion à l'intérieur des parois 20 et 21 d'un mélange de gaz et d'air dans la proportion voulue.
La quantité totale d'air nécessaire. à la combustion de la totalité du gaz est amenée dans le bas du récupérateur par les orifices 68, pénètre ensuite dans les canaux longi't'u- dinaux 66 et 67, contourne les carneaux tra versés eux-mêmes par les gaz brûlés, s'é chauffe à leur contact, et arrive dans les con duÏts collecteurs 71 et 72 où la pression s'éga lise dans le sens de la longueur du four.
De la partie inférieure de ces conduits, l'air chaud se répartit, de chaque côté, dans le bas des canaux verticaux 36, pénètre dans les pas sages horizontaux 39 (fig. 4 et 7) puis dans les passages 38, où la pression s'égalise une seconde, puis une troisième fois, au cas où la consommation d'air n'est pas la même dans les différentes régions de la paroi. Des pas sages 38, l'air chaud pénètre dans les con duits verticaux 36, puis, en quantité réglable au moyen des registres 35, dans les chambres à air 32, et, traversant les conduits d'air 33, entre dans les chambres de combustion 34.
Il s'y mélange, à très faible vitesse, vu la grande section des canaux, avec du gaz intro duit par les brûleurs 25 et venant des con duites 77 et 80; le débit de chaque brûleur pouvant être réglé au moyen des vannes 26 il est très facile de répartir à volonté la quan tité de gaz et d'air distribués sur toute la longueur de la paroi; on peut donc régler avec une grande précision st suivant les besoins de la carbonisation, la température aux dif férentes places, dans les sens de la longueur du four. Le réglage des vannes 26 doit cepen dant être tel que les brûleurs ne débitent qu'une partie du gaz nécessaire au chauffage de toute la paroi, par exemple les 60 %.
La totalité de l'air ayant été introduite dans les chambres de combustion, le gaz brûle complè tement, donnant une flamme qui serait très chaude si la masse inerte d'air en excès ne venait la tempérer. Par conséquent, quoique brûlé dans d'excellentes conditions, le gaz n'échauffe les parois, dans le voisinage des brûleurs, en aucun point d'une façon exces sive.
Les gaz brûlés, qui contiennent, comme on vient de le voir, de l'air en excès, rencon trent en 73 sur le trajet qù ils décrivent de haut en bas dans les canaux de la paroi, le solde du gaz frais, soit 40 % de la quantité totale, selon la supposition faite ci-dessus, gaz venant par les conduits 75 qui le reçoivent des conduits 78 et 79, et dont lal quantité est réglable au moyen des vannes<B>76.</B> Grâce à l'oxygène de l'air en excès, ce gaz additionnel s'enflamme, sans cependant que sa combus tion expose la paroi de chauffage à une tem- pérature trop élevée, vu la. masse relativement faible qu'il a., vis-à-vis des gaz brûlés venant de la première zone.
On voit donc qu'en faisant varier le nom bre et la position des places 73 où sont in troduits les gaz additionnels, on peut facile ment régler à volonté la température du con tenu de la cornue, dans le sens de la hauteur.
Les cloisons 73 s'opposent d'ailleurs à ce que les différences voulues de température dans le sens de la hauteur et de la longueur du four donnent lieu aux courants longitudi naux qui pourraient tendre à les équilibrer.
Les gaz brûlés sont ensuite évacués au bas des parois de chauffage dans le canal longi tudinal 40, puis, en traversant les orifices ré glables 63, dans les canaux 43 et 44; les re gistres 64 des orifices 63, registres que l'on manoeuvre par les regards 65, servent à équi librer les pressions dans le canal 40 de lon gueur relativement considérable; des diffé rences de pression à la, sortie de la paroi de ebauffage pourraient en effet être 'très nui sibles à la bonne marche du four.
La fig. 17 montre enfin comment on peut placer les conduites d'alimentation du gaz de manière à distribuer ce dernier en quantité réglable à tous les brûleurs de chacune des cornues.
Il résulte de ce qui précède que l'on peut, par exemple, régler la température de chaque cornue indépendamment de celle des autres, et que l'on peut, en outre, dans les parois d'une même cornue, obtenir, tant dans le sens vertical que dans le sens horizontal, diffé rentes températures réglables à volonté, ce qui constitue un avantage marqué sur les fours à coke similaires.
On sait, en effet, que chaque sorte de char bon possède une température de carbonisation bien définie, et que, dans la, fabrication du coke, l'obtention d'un produit de bonne qua lité et de structure convenable exige que cette température soit atteinte à un moment déter miné de l'opération, et maintenue le temps voulu, et cela, naturellement, simultanément pour toûfes les parties de la masse à. carbo niser.
Mais par suite des dimensions relative ment considérables des fours à coke, la tem pérature des gaz de chauffage diminue rapide ment, dans les fours ordinaires, au fur et à mesure qu'ils s'éloignent des brûleurs; il s'en suit que lorsque ces derniers sont placés comme il est avantageux de le faire en vue de la récupération aussi parfaite que possible des sous-produits - à la partie supérieure du four, la carbonisation veut être incomplète dans les parties basses des cornues, lorsqu'elle est conduite normalement pour les parties su périeures, ou inversément. Le fait de pou voir, comme on l'a expliqué, régler à volonté la température en un certain nombre de points des parois de chauffage permet d'éliminer ces défauts des fours ordinaires.
Oven. The object of the present invention is an oven, for example a coke oven.
The appended drawing shows an embodiment thereof, given by way of example, and constituting a horizontal coke oven.
Fig. 1 is a longitudinal section through a vertical plane led by 1-1 of FIGS. 3, 4 and 5; Fig. 2 is a similar partial section; but by a vertical plane led by <B> 2-9- </B> of the same figures; Fig. 3 is a partial cross section taken through 3-3 of FIG. 2; Fig. 4 is a similar section, but by 4-4 of fig. 2, as in Fig. 5 is a section through 5-5 of FIG. 2, and Fig. 6, a section through 6-6 of fig. 2;
Fig. 7 is a longitudinal sectional view through a vertical plane passing through 7-7 of FIG. 4, and Fig. 8, a similar section, but by 8-8 of fig. 5;
Fig. 9 is a partial horizontal section along 9-9 of FIG. 4, and Figs. 10 to 16 are also horizontal sections through 10-10 of Figs. 3 and 4, 11-11 of fig. 5, 12-12 of fig. 5, 13-13 of fig. 1, 14-14 of fig. 1, 15-15 of Figs. 4 and 1, and 16-16 of fig. 1; Fig. 17 is a partial diagram of a piping arrangement for the distribution of gas.
In these figures, 20 and 21 are the left and right walls of a retort 22 of which 23 is the front door and 24 is the rear door; it can be seen on the horizontal sections that the width of the retort decreases from door 24 to door 23, the purpose of which is to facilitate the discharge of the coke.
25 (fig. 2, 3, 5, 6 and 9) are burners supplied by gas lines 77 and 80, burners whose flow rate can be regulated by means of valves 26. The hot gases supplied by these burners pass through channels which will be described phis far, provided in the walls 23 and 24; therefore, the latter will be referred to below as “heating walls”. They are divided lengthwise by partitions 27, 28, 29 and 30 (fig. 2), into compartments not communicating with each other.
The burners 25 open into combustion chambers 34 which also terminate air ducts 33 coming from air chambers 32; these conduits 33 can be closed more or less by means of registers 35 man # uvrés through manholes 31 whose opening in the upper face of the oven is closed during operation. 36 are vertical hot air ducts which are formed chais partitions 37 separating the heating walls of two contiguous retorts; all the vertical conduits 36 of the same retort are placed in communication with each other by horizontal passages 38 and 39 visible, among others, in FIGS. 4 and 7;
they then emerge into the. upper part of a recuperator which will be described later; it will be noted that all the vertical conduits 36 and all the horizontal passages 38 and 39 of a retort are independent of those of the contiguous retorts. There is shown in fig. 2 a heating wall made up of blocks assembled in staggered rows, the shape of which is described in patent No. 94648 issued by the American Coke and Chemical Co.
Thanks to the shape of these blocks the transmission of heat from the hot gases to the contents of the retort takes place rapidly; in addition, the path of said gases is relatively large, and the sinuous shape of this path ensures vigorous stirring of the mixture; finally, the heating walls are particularly rigid.
All the channels formed by the assembly of said blocks open, at the lower part of the furnace proper, into a longitudinal channel 40 located below the sole of the retort 22. This channel must have a sufficient cross section to allow easy flow. ment the burnt gases; however, it should be made as narrow as possible so that the weight of the contents of the retort is transmitted in good conditions, by walls 41 and 42 (fig. 3), to the foundations of the furnace; it is for these two reasons that it is narrower in its upper part than in its lower part.
This same channel 40 extends throughout. the length of the oven (fig. 2); it can be placed in communication with two other channels 43 and 44 (fig. 2, 5 and 1-1) separated from each other by a partition 45; this communication is established through orifices 6L) which can be closed more or less completely by means of registers 64; the latter can be my noeuvrés through manholes 65 formed in the front walls of the oven, manholes which are usually closed.
The channels 43 and 44 themselves communicate via down pipes 46 and 47, with the two halves 48 and 49 of a heat recovery unit. These two halves are isolated from each other by a central partition 50;
they each consist of pipes 51 made of refractory products which, placed end to end, form flues arranged in layers; these are maintained at. distance from each other by studs 52 and 53 (fig. 3) placed in such a way that air flowing from bottom to top in the recuperator is forced to bypass the zig-zag flues; the anterior and posterior ends of said flues pass through partitions 54 in which they are fitted in a sealed manner; the air cannot therefore mix with the gases circulating inside the flues.
541, 55 and 56 are horizontal partitions which force the hot gases coming from 46 or 47 to pass through passages 57, then a first group of flues, then wise steps 60, a second group of flues, passages 58, a third group of flues, passages 61 and a fourth group of flues, to finally flow through passages 59 into exhaust ducts provided with butterflies 62. It will be noted that the gas flow section heat decreases from the downpipes to the discharge pipes, in order to take account of the reduction in volume resulting from the gradual decrease in their temperature.
66 and 6 7 are two longitudinal channels "receiving pressurized air from any source through orifices 68 formed in the foundations; these orifices can be more or less closed by means of registers 69 which can be operated through manholes 70; in the upper part of the recuperator there are two longitudinal hot air collecting ducts 71 and <B> 72. </B>
Finally 75, (fig. 6 and 8) are additional gas conduits, connected to gas conduits 78 and 79 by means of re-range valves 76, and opening at 73 (fig. 2 and 6) clans the combustion chamber of the heating walls of the retort, after having passed through blocks 74 which provide the seal between the partitions 37 and the combustion chamber.
It will be noted that, thanks to the small spaces formed between the partitions 5 7 and the walls, as well as between two adjacent blocks 74, the retorts can expand freely; these intervals are, however, small enough that at normal oven temperature they disappear completely. The thrusts of the coke in the adjacent retorts, thrusts which are substantially equal, then only subject the materials which constitute the heating walls and the partitions 37, to compression effects, which is advantageous from the point of view of their duration.
The operation of the installation is as follows: The heating of the contents of each bare horn, for example of the retort 22, is obtained by the combustion inside the walls 20 and 21 of a mixture of gas and air in the desired proportion.
The total amount of air needed. on combustion, all of the gas is brought to the bottom of the recuperator through the orifices 68, then enters the longitudinal channels 66 and 67, bypasses the flues which are themselves traversed by the burnt gases, s 'é heats in contact with them, and arrives in the manifolds 71 and 72 where the pressure is equalized in the direction of the length of the furnace.
From the lower part of these ducts, the hot air is distributed, on each side, in the bottom of the vertical channels 36, enters the horizontal steps 39 (fig. 4 and 7) then into the passages 38, where the pressure equalizes a second, then a third time, in case the air consumption is not the same in the different regions of the wall. Wise steps 38, the hot air enters the vertical ducts 36, then, in an adjustable quantity by means of the registers 35, into the air chambers 32, and, passing through the air ducts 33, enters the air chambers. combustion 34.
It mixes there, at very low speed, given the large section of the channels, with gas introduced by the burners 25 and coming from the pipes 77 and 80; since the flow rate of each burner can be adjusted by means of the valves 26, it is very easy to distribute the quantity of gas and air distributed over the entire length of the wall at will; it is therefore possible to regulate with great precision according to the needs of the carbonization, the temperature in the various places, in the direction of the length of the furnace. The setting of the valves 26 must however be such that the burners deliver only part of the gas necessary for heating the entire wall, for example 60%.
With all the air having been introduced into the combustion chambers, the gas burns completely, giving a flame which would be very hot if the inert mass of excess air did not come to temper it. Consequently, although burnt under excellent conditions, the gas does not heat the walls, in the vicinity of the burners, at any point excessively.
The burnt gases, which contain, as we have just seen, excess air, meet in 73 on the path which they describe from top to bottom in the channels of the wall, the balance of fresh gas, i.e. 40 % of the total quantity, according to the supposition made above, gas coming through the conduits 75 which receive it from the conduits 78 and 79, and the quantity of which is adjustable by means of the valves <B> 76. </B> Thanks to oxygen in the air in excess, this additional gas ignites, without however its combustion exposing the heating wall to a temperature too high, considering the. relatively low mass it has., vis-à-vis the burnt gases coming from the first zone.
It can therefore be seen that by varying the number and the position of the places 73 where the additional gases are introduced, the temperature of the contents of the retort can easily be adjusted at will, in the direction of the height.
The partitions 73 also prevent the desired temperature differences in the direction of the height and the length of the furnace giving rise to longitudinal currents which could tend to balance them.
The burnt gases are then evacuated at the bottom of the heating walls in the longitudinal channel 40, then, passing through the adjustable orifices 63, in the channels 43 and 44; the registers 64 of the orifices 63, registers which are operated by the manholes 65, serve to equalize the pressures in the channel 40 of relatively considerable length; pressure differences at the outlet of the debauffage wall could in fact be very detrimental to the correct operation of the oven.
Fig. 17 finally shows how the gas supply pipes can be placed so as to distribute the latter in an adjustable quantity to all the burners of each of the retorts.
It follows from the foregoing that it is possible, for example, to adjust the temperature of each retort independently of that of the others, and that it is also possible, in the walls of the same retort, to obtain, both in the vertical direction than in the horizontal direction, different temperatures adjustable at will, which constitutes a marked advantage over similar coke ovens.
We know, in fact, that each kind of good char has a well-defined carbonization temperature, and that, in the manufacture of coke, obtaining a product of good quality and of suitable structure requires that this temperature be reached at a determined moment of the operation, and maintained for the required time, and this, naturally, simultaneously for all parts of the mass. carbo nize.
But owing to the relatively considerable dimensions of the coke ovens, the temperature of the heating gases decreases rapidly in ordinary ovens as they move away from the burners; it follows that when the latter are placed as it is advantageous to do with a view to the recovery as perfect as possible of the by-products - at the top of the furnace, the carbonization wants to be incomplete in the lower parts of the retorts , when carried out normally for the upper parts, or vice versa. The fact of being able, as has been explained, to adjust the temperature at will at a certain number of points of the heating walls makes it possible to eliminate these defects of ordinary furnaces.