Brevet FR2005934A1 — publié le 19691219

bV ,u/uo ^ 2005V34 La présente invention a trait à des fours à coke à "brûleurs hauts et bas dans des carneaux mis en oeuvre par groupes, et à récupérateurs répartis par tranches dont le nombre correspond à celui des groupes de carneaux et qui sont connectés, par l'inter-5 médiâre de canaux de sole, à des équipements de réglage disposés à l'aplomb des faces frontales de la batterie de fours et servant à régler les débits d'admission des gaz (air, gaz pauvre et gaz brûlés). Par ie brevet français 1 345 946 on sait, dans chaque paroi 10 de four, réunir les carneaux en groupes, ceux de tête en groupes de deux et les autres en groupes de quatre. A chaque groupe est associée sa propre tranche de récupérateurs où l'admission peut être réglée, de façon indépendante d'une tranche à l'autre, par les équipements de réglage situés "côté défourneuses" et "côté 15 • coke". Ceci permet d'adapter, dans chaque paroi de four, les apports de chaleur aux besoins qui sont différents d'un point à un autre, en ce sens qu'ils sont plus élevés en tête (sur l'avant et sur l'arrière de la batterie) du fait des pertes par les surfaces donnant sur l'extérieur, moindres en région intermédiaire, et 20 cela sanar avoir à procéder à des réglages à l'intérieur des fours On jaaii d'autre part disposer les brûleurs dans les carneaux de façon & réaliser un plan haut et un plan bas de combustion pour que, surtout dans les fours où la hauteur des chambres dépasse 5 hl» les apports de chaleur soient mieux répartis en di-25 rection verticale. Dans la poursuite du développement de tels fours, on a déjà proposé (demande de brevet allemand imprimée 1 250 405) cLe différencier les débits d'air et de gaz pauvre admis aux deux niveaux, haut et bas, des brûleurs, pour répartir encore mieux les apports de chaleur en direction verticale des 30 fours. A cette fin on a tenté d'adapter les sections des différentes tranches de récupérateurs et des canaux de sole correspondant aux débits différents de gaz pauvre et d'air, escomptés nécessaires pour les brûleurs hauts et bas. Mais les mesures ainsi prises ne permettent qu'un réglage relativement grossier 35 des brûleurs en fonction des besoins calorifiques réellement nécessaires. C'est ainsi par exemple qu'il n'est pas alors possible, de faire varier les apports de chaleur par les brûleurs supérieurs d'un groupe de carneaux par rapport aux apports des 07 ,u/-2- 20Q5934 brûleurs supérieurs d'un autre groupe, ce qui est pourtant absolument indispensable, si l'on veut arriver à un chauffage uniforme. On ne peut en effet en aucun Càb considérer coiuniv. fisamment précises les conditions de fonctionnement d'une batterie de fours, admises lors de la construction de celle-ci pour 5 le calcul des sections nécessaires aux circulations de gaz, ën raison de l'insuffisance des informations sur les conditions réelles de pression, d'écoulement et de débit des gaz. l'objet de la présente, invention est de continuer à perfectionner le système de chauffage de fours à coke régie ! - le 10 l'extérieur et à brûleurs hauts et bas au prix de complications relativement faibles, de façon non seulement à pouvoir régler en dehors du four, séparément pour chaque groupe de carneaux, les admissions de gaz combustible et d'air et les évacuations de gaz brûlés, mais aussi à pouvoir régler les admissions aux brÊL-15 leurs hauts et bas et les évacuations à partir de ces brûleurs-de façon indépendante entre brûleurs hauts et bas. A cette fin les fours à coke, suivant l'invention, sont essentiellement caractérisés par le fait que lesdites tranches dG récupérateurs sont divisées longitudinalement chacune par une 20 cloison en deux demi-tranches, par le fait que les conduits de connexion des brûleurs bas sont raccordés à une première demi-tranche et les conduits de connexion des brûleurs hauts à la seconde demi-tranche, par le fait que lesdits canev.:- le e allant chacun à une tranche de récupérateurs sont également di« 25 visés longitudinalement chacun par line cloison en deux demi-c:. naux, d'ouvertures réglables indépendemment l'une de l'autre par lesdits équipements de réglage,et associés respectivement aux deux demi-tranches de la tranche de récupérateurs correspondant audit canal de sole. On peut de cette façon réi." - " Id 30 bits de gaz aux brûleurs des parois des fours de façon que, même dans le cas de fours extrêmement hauts, la distribution des températures soit adaptée aux besoins réels de chaleur des chsr bres, non seulement comme antérieurement en direction horizontale des fours, mais aussi en direction verticale, étant donné 35 qu'en cas de besoin on a alors la possibilité, non seulement, de régler pour chaque groupe de carneaux, les apports de ga^ae combustion aux brûleurs hauts et aux brûleurs bas, indépendemment l'un de l'autre, mais aussi de différencier les apports de **0 ORIGagg? 69 10706 -3- 2005934 gaz de combustion, soit aux brûleurs hauts, soit aux brûleurs bas, d'un groupe de carneaux à l'autre. Il est dès lors simple pour le personnel préposé, après mise enxoute des fours, d'éliminer ou de réduire les surchauffes ou ombres calorifiques 5 venant à se produire localement sur les parois en modifiant convenablement les admissions et évacuations par manoeuvre des équipements de réglage. En ce qui concerne la disposition relative des brûleurs, des récupérateurs et des conduits, les connectant nécessairement, 10 les fours à coke suivant l'invention peuvent être caractérisés par le fait que chaque face de cloison séparant deux carneaux adjacents présente une ouverture basse de brûleur et une ouverture haute de brûleur et par le fait que ces deux ouvertures sont connectées, par des conduits courant parallèlement l'un à 15 l'autre dans un même plan vertical, aux deux demi-branches différentes de la tranche de récupérateur correspondante, disposées au-dessous de la paroi de four intéressée, et qui, dans le cas de chauffage par gaz pauvre, sont constamment parcourues dans le même sens, alternativement en refroidissement par air et 20 gaz pauvre d'admission dans un cycle, en chauffage par des gaz brûlés d'évacuation au cycle suivant, après inversion. Ceci offre l'avantage d'une structure simple, sans complications dues à des briques de forme, notamment pour les conduits de connexion; on évite eh outre dans une large mesure les pré-25 combustions qui pourraint résulter de passages de gaz de combustion différents d'un conduit à l'autre. En ce qui concerne la répartition des brûleurs hauts, il s'avère utile de faire en sorte que deux brûleurs hauts adjacents soient dans chaque cameau en diagonale l'un par rapport à l'au-30 tre et, d'une face à l'autre d'une cloison entre carneaux, en face l'un de l'autre. On peut de cette façon unir de façon simple et solide à chaque cloison deux cheminées adjacentes "porteuses d'ouvertures hautes, en empilant par exemple, dans ladite cloison des briques à deux trous. Dans chaque carneau l'arrivée 35 4e gaz riche peut alors être disposée en plein milieu du carneau entre lesdites cheminées à ouvertures hautes de brûleurs. Suivant une aùtre forme de réalisation des fours à coke, le» carneaux sont dotés chacun d'une ouverture haute de brûleur, d'une ouverture demi-haute de brûleur et de deux ouvertures de 69 10706 2005934 brûleurs au plari.ch.er, dont les quatre ouvertures d'admission respectives, faisant partie intégrante des équipements de réglage et disposées à l'aplomb de l'une ou l'autre des faces frontales de la batterie de fours sont, dans le cas de chauffage par 5 gaz pauvre, réglées de façons différentes. En utilisant alors par exemple une combustion sur-stoechiométrique, une sous-stoe-chiométrique et une, au moins approximativement stoechiométrique sur les quatre brûleurs de chaque carneau, on peut sans complications de conduits supplémentaires de gaz, obtenir trois ni-10 veaux différents de combustion dans les différents carneaux, ce qui représente une possibilité encore améliorée d'adapter les apports de chaleur aux besoins des parois. Rapportée à la batterie de fours tout entière, cette possibilité améliorée d'adaptation peut être rendue encore plus effi-15 cace, si les ouvertures demi-hautes et les ouvertures hautes de brûleurs sont de niveaux différents entre brûleurs adjacents, aussi bien dans une paroi qu'en direction de l'axe longitudinal de la batterie de fours. Des fours à coke dont les ouvertures de brûleurs sont à 20 trois niveaux, haut, demi-haut st bas, peuvent dans le cas de chauffage par gaz pauvre être conduits de façon que par un réglage approprié des ouvertures d'admission, on réalise dans chaque carneau aux ouvertures de brûleurs se trouvant au plancher, à partir d'un mélange de gaz et d'air une combustion avec excès 25 d'air, à l'ouverture demi-haute de brûleur à partir de gaz une combustion avec excès de gaz, enfin à l'ouverture haute du brûleur à partir d'air une fin de combustion du gaz restant. Il est alors bon de faire en sorte, c'est-à-dire de régler les ouvertures d'admission à l'aplomb des faces frontales de la batterie 30 de fours, de façon que les admissions de gaz pauvre et d'air se fassent à raison de 40 % du débit total de gaz pauvre et 60 % du débit total d'air sur les ouvertures de brûleurs se trouvant au plancher de chaque carneau, les 60 % restants du débit total de gaz pauvre sur les ouvertures demi-hautes de brûleurs et les 35 40 % restants du débit total, d'air sur les ouvertures hautes de brûleurs. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit de deux exemples de réalisation de fours à coke, en liaison avec les dessins annexés correspondants dans 69 10706 -5- 2005934 lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe verticale d'une batterie de fours suivant une demi-longueur de paroi (première forme de réalisation) ; 5 - la figure 2 est une vue en coupe verticale fragmentaire de la "batterie de fours de la figure 1, prise parallèlement à l'axe longitudinal de la batterie ; - la figure 3 est une vue en coupe iiorizontale fragmentaire à plus grande échelle de deux parois adjacentes de la batte- 10 rie de fours de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue schématique en coupe horizontale fragmentaire d'une batterie de fours (deuxième forme de réalisation) ; - la figure 5 est une vue en coupe de la batterie de la 15 figure 4, prise suivant la ligne I-I de cette figure ; - la figure 6 est une vue en coupe de la batterie de la figure 4, prise suivant la ligne II-II de cette figure ; - la figure 7 est une vue en perspective d'un carneau de la batterie de la figure . 4, montrant de façon purement sch.émati-20 que les connexions de ce carneau avec les ouvertures associées d'admission. Dans l'exemple de réalisation représenté aux figures 1 à 3» on a désigné par 1 les chambres des fours et par 2 les parois, lesquelles présentent des carneaux 4 séparés par des cloisons 25 3. Les carneaux 4 sont en tête de four (sur l'avant et sur l'arrière), réunis en groupes 5 de deux et ailleurs en groupes 6 de quatre. Au point de vue des sens de circulation des gaz, dans les groupes de quatre carneaux, les deux carneaux moyens sont parcourus par les gaz dans un certain sens et les deux carneaux 30 extrêmes dans l'autre sens, dans les groupes de deux carneaux deux carneaux adjacents sont encore une fois parcourus dans le même sens, enfin le carneau des groupes de deux le plus éloigné du carneau de tête a même sens de circulation que le premier carneau adjacent des groupes de quatre, de sorte qu'en dé- . 35 finitrfre, après avoir dépassé le carneau de tête on trouve constamment xxne paire de canaux adjacents à circulation des gaz dans un sens alternant avec une paire de canaux adjacents à circulation des gaz dans l'autre sens, ces sens changeant bien entendu à chaque cycle. 69 10706 -e- 2005934 Pour permettre l'amenée d'air et de gaz pauvre, respectivement l'évacuation de gaz brûlés, chaque carneau possède, pour le cas de chauffage par gaz pauvre, deux brûleurs bas ayant leurs deux ouvertures 7 au plancher et deux brûleurs hauts, ayant 5 leurs deux ouvertures hautes 8, aux extrémités de deux cheminées 9 respectivement, ainsi qu'une buse 10 par laquelle arrive le gaz riche, pour le cas de chauffage par ce gaz, auquel cas de 1'air arrive par toutes les ouvertures 7 et 8 du carneau intéressé. Comme le montre surtout la figure 3, chaque c~ ' 3 10 d'un carneau 4 présente une ouverture basse 7 et une ouverture haute 8, celle-ci constituée par l'extrémité d'une cheminée 9; les deux cheminées 9 de chaque cloison 3 sont jumelées en doubles conduits de briques posées dans la cloison 3» en sorte que les ouvertures hautes et basses de chaque carneau 4 forment dens: 15 diagonales respectivement. La buse à gaz riche 10 de chaque carneau 4 est située en plein milieu de celui-ci entre les cheminé3 Chaque paire d'ouvertures 7,8 se trouvant d'un côté d'une cloison 3 est reliée par une paire de conduits 11, 12 à un des 20 récupérateurs 13 disposés au-dessous des chambres 1 et des paroxç 2 et conduit donc toujours les mêmes gaz. Les récupérateurs 13 sont répartis par des cloisons 14 en tranches 15 à 19 qui sont associées aux différents groupes 5>6 de carneaux^ D'un autre côté une cloisons longitudinale 20 allant de l'avant & l'a^-25 rière de la batterie, divise chaque récupérateur 13 en deux moitiés 21,22 dans lesquelles débouchent les deux canaux 11,12 respectivement et ladite paire venant d'un côté de cloison 3 (ou de carneau 4). Les canaux de sole 24 à 28 qui vont du côté d xuuxiivùSB 30 de même du côté coke) aux différentes tranches de récupérateurs 15 à 19 sont eux aussi divisés longitudinalement par des cloisons 23, en sorte que sur les deux faces frontales de la batteri? (ou faces avant et arrière) à l'aplomb desquelles se trouvent équipements de réglage (non représentés) des courants gazeux, 35 chacun des canaux de sole 24 à 28 présente deux ouvertures 29 n 30 dont les sections, réglables indépendemment l'une de l'?ntre déterminent les débits des gaz, arrivant aux ouvertures des brûleurs hauts et bas d'un groupe de carneaux et partant de ces BAD ORIGINAL^ 69 10706 -7- 2005934 ouvertures. . Dans l'exemple de réalisation des figures 4 à 7, comme dans l'exemple précédent, on a désigné par 1 les chambres des fours et par 2 les parois, lesquelles présentent des carneaux 4 sépa-5 rés par des cloisons 3- Chacun des carneaux 4 a une ouverture de brûleur haut 31, une ouverture de brûleur demi-haut 32 et deux ouvertures de brûleurs au plancher 33, 34, toutes ces ouvertures, comme le montre la figure 7, étant reliées par des conduits 35 à 38 aux espaces 39, 40 occupés par les récupérateurs d'une tran-10 che 42 (voir figure 6) divisés en deux moitiés par une cloison longitudinale 41. Les espaces 39, 40 des récupérateurs communiquent de leur côté ici encore, par l'intermédiaire de canaux de sole, également divisés longitudinalement chacun en deux par une cloison 43, de façon que les ouvertures 4^ .à 47 soient de sec-15 tions réglables indépendemment l'une de l'autre au niveau des équipements de réglage. Les figures 5 et 6 montrent en particulier que d'un carneau 4 quelconque aux carneaux voisins, aussi bien en direction axiale des chambres qu'en direction axiale de la batterie de fours, 20 les ouvertures 31 des brûleurs hauts sont d^^niveaux différents et qu'il en est de même pour les ouvertures- des brûleurs demi-hauts. Le point de savoir comment on doit déterminer ces différents niveaux de brûleurs dépend de la hauteur des fours et des conditions de régime exigées. 25 Dans le cas de chauffage par gaz pauvre, il arrive dans tous les carneaux 4 intéressés un flux partiel de gaz de chauffe et d'air par les deux ouvertures de plancher 33, 34. D:-ns ce flux le rapport du gaz de chauffe à celui de l'air de combustion est réglé de façon xjue la combustion au plancher se fasse avec 30 excès d'air. Le flux restant de gaz pauvre arrive par l'ouverture demi-haute 32 de plan intermédiaire de combustion et brûle à ce niveau en partie au moyen de l'excès d'air provenant du plan inférieur de combustion. La fin de combustion du gaz pauvre a lieu dans un plan supérieur de combustion au moyen de 35 l'air arrivant par l'ouverture haute 31 et, cette fois, à excès normal d'air. Dans le cas de chauffage par gaz riche, de l'air arrive par toutes les ouvertures 31 à 34 de brûleurs de chaque carneau, bad original 10706 2005934 L'arrivée de gaz riche 48 se trouve à faible hauteur au-dessus du plancher du carneau. L'air est réparti entre les différentes arrivées 31 à 34 de façon que en chacun des deux plans de combustion inférieurs se fasse une combustion incomplète et ensuite 5 au plan supérieur la fin de combustion du gaz riche à excès d'air normal. Donc que le chauffage se fasse par gaz pauvre ou par gaz riche le processus de combustion se déroule à trois plans ou niveaux, la combustion dans les deux plans supérieurs se faisant en atmosphère mélangée de gàz déjà brûlés. On arrive ainsi sur-10 tout dans le cas de chauffage par gaz riche à allonger la flamme. En disposant les ouvertures hautes et demi-hautes à des niveaux différents d'un carneau à l'autre, deux carneaux adjacents présentent au total cinq niveaux différents de combustion. On obtient ainsi une séparation très intéressante des apports de 15 chaleur en direction verticale des parois de fours de grande hauteur. 69 10706 -9- 2005934 REVENDICATIONS 1.- Fours à coke à "brûleurs hauts et bas dans des carneaux mis en oeuvre par groupes et à récupérateurs répartis par tranches dont le nombre correspond à celui des groupes de carneaux 5 et qui sont connectés, par 11 intermédiaire de canaux de sole, à des équipements de réglage, disposés à l'aplomb des faces frontales de la batterie de fours et servant à régler les débits d'admission des gaz (air, gaz pauvre et gaz brûlés), caractérisés par le fait que les tranches de récupérateurs sont divisées lon-10 gitudinalement chacune par une cloison en deux demi-tranches, par le fait que les conduits de connexion des brûleurs bas sont raccordés à une première demi-tranche et les conduits de connexion des brûleurs hauts à la seconde demi-tranche, par le fait que lesdits canaux de sole allant chacun à une tranche de récu-15 pérateurs sont également divisés longitudinalement chacun par une cloison en deux demi-canaux, d'ouvertures réglables indépen-denment l'une de l'autre par leadits équipements de réglage et associés respectivement aux deux demi-tranches de la tranche de récupérateurs correspondant audit canal de sole. 20 2.- Fours à coke conformes à la revendication 1, caracté risés par le fait que chaque face de cloison séparant deux carneaux adjacents présente une ouverture basse de brûleur et une ouverture haute de brûleur et par le fait que ces deux ouvertures sont connectées, par des conduits courant parallèlement 25 l'un à l'autre dans un même plan vertical, aux deux demi-tranches différentes de la tranche de récupérateurs correspondante, 'disposées au deSsoœ de la paroi de four intéressée, et qui, dans le cas de chauffage par gaz pauvre, sont constammen^arcouraes dans le même sens, alternativement en refroidissement par air 30 et gaz pauvre d'admission dans un cycle, en chauffage par des gaz brûlés d'évacuation au cycle suivant,après inversion. 3.- Fours à coke conformes aux revendications 1 et 2, caractérisés par le fait que deux ouvertures hautes de brûleurs adjacents- sont dans chaque carneau en diagonale l'une par rap- 35 port à l'autre et, d'une face à l'autre d'une cloison entre carneaux, en face l'une de l'autre. 4.- Fours à coke conformes aux revendications précédentes, caractérisés par le fait que dans chaque carneau l'arrivée de : 69 10706 -10- 2005934 gaz riche est disposée en plein milieu du caivnau:.. entre les cheminées conduisant aux ouvertures hautes de "brûleurs. 5.- Fours à coke conformes aux revendications 1 à 4, caractérisés par le fait que les carneaux sont dotés chacun d'une 5 ouverture haute de brûleur, d'une ouverture demi-haute de brûleur et de deux ouvertures de brûleurs au plancher, dont les quatre ouvertures d'admission respectives, faisant partie intégrante des équipements de réglage et disposées à l'aplomb de l'une ou l'autre des faces .frontales de la batteri* fours 10 sont, dans le cas de chauffage par gaz pauvre, régI.>l~o de façoju différentes. 6.- Fours à coke conformes à la revendication 5» caractérisés par le fait que les ouvertures demi-hautes et les ouvertures hautes de brûleurs sont de niveaux différents entre brû- 15 leurs adjacents, aussi bien dans une paroi qu'en direction de l'axe longitudinal de la batterie de fours. 7-- Procédé de mise en oeuvre"de fours à coke conformes aux revendications 5 et 6 et dans le cas de chauffage par gas pauvre, caractérisé par le fait que, par un réglage approprié 20 des ouvertures d'admission on réalise dans chaque carneau aux ouvertures de brûleurs se trouvant, au plancher â partir d'un une combustion mélange de gaz et d'air/avec excès d'air, à l'ouverture demi-haute de brûleur à .partir de gaz une combustion avec excès de gaz, enfin à l'ouverture haute de brûleur à partir d'air une 25 fin de combustion du gaz pauvre restant. 8.- Procédé conforme à la revendication 7i caractérisé par le fait que les admissions de ga£ pauvre et d'air se font à raison de 40 % du débit total de gaz pauvre et 60 % du débit total d'air sur les ouvertures de brûleurs se trouvant ; „ ^.1 "?her 30 de chaque carneau, les 60 % restants du débit tot^ ^ &az pauvre sur les ouvertures demi-hautes de brûleurs et les 40 % restants du débit total d'air sur les ouvertures hautes de brûleurs . bad original