Brevet FR2421206A1 — publié le 19791026

La présente invention,due à Alexandr Nikolaevich MINASOV, Evgeny Petrovich LIKHOGUB, Stanislav Stepanovich SERGEEV, concerne la cokerie et,plus précisément, des fours à coke comprenant une chambre de carbonisation horizontale disposée entre des parois chauffantes constituées de chambres de combustion jumelées verticales. I1 est connu que l'on utilise de plus en plus dans la cokerie des fours modernes à chambres de carbonisation horizontales disposées entre des parois chauffantes constituées de chambres de combustion jumelées verticales. Chaque couple de chambres de combustion verticales ou "parois" est séparé de l'autre couple par une cloison étanche. D'autre part, chacune des chambres verticales d'un couple est séparée de l'autre par une cloison dont la partie supérieure est percée d'un passage ou porte. Ladite porte est destinée à faire passer les produits de combustion d'une chambre de combustion verticale dans l'autre. Dans sa partie inférieure la cloison est également percée d'une porte de recirculation. Pendant le fonctionnement d'un four à coke le gaz et l'air sont admis dans une chambre de combustion verticale de chaque couple sus-mentionné. De cette manière la combustion s'effectue simultanément dans la moitié de toutes les chambres verticales de combustion ou parois. Les produits de combustion passent à travers la porte dans l'autre chambre verticale jumelée, descendent dans celle-ci et se dirigent vers le régénérateur. Une partie des produits de combustion reviennent par la porte de recirculation dans la chambre de combustion verticale où ils sont brûlés. La direction des courants gazeux dans les chambres de combustion jumelées verticales varie d'une manière cyclique, ce qui veut dire que la combustion dans certaines chambres et l'éva- cuation des produits de combustion par les autres chambres alternent, une quantité donnée de produits de combustion passant toujours dans un sens ou dans un autre par la porte de la partie supérieure de la cloison. La chaleur dégagée par la combustion est transmise dans la chambre de carbonisation du four, où la charge de charbon se transforme à l'abri de l'air. La cokéfaction s'accompagne d'un retrait de la charge de charbon. La valeur du retrait est fonction de la composition des constituants et de la granulométrie de la charge de charbon ainsi que des sources de matières premières. On choisit le niveau nécessaire de chauffage, c'est-à-dire la distance entre le sommet de la chambre de carbonisation et le haut de la porte de la partie supérieure de la cloison en fonction de la valeur hypothétique du retrait de la charge de charbon-pour une batterie de fours à coke donnée. Pourtant, l'origine des matières premières et la qualité des charbons variant souvent pendant l'exploitation de la batterie de fours à coke, le retrait de la charge de charbon varie en rapport, ce qui, le niveau de chauffage de fours à coke d'une batterie donnée restant invariable, provoque un sous-chauffage ou un surchauffage de la partie supérieure du gâteau de coke. Cela détériore le coke, compromet les conditions d'exploitation des fours à coke et entraîne une perte de rendement. Pour remédier à ces inconvénients, on a eu recours à des procédés technologiques varies. C'est ainsi que, dans le cas où le retraitde la charge de charbon est inférieur au niveau de chauffage nominal, on compacte la partie supérieure de celle-ci avec une barre de nivellement, ou bien on diminue la hauteur de l'espace sous la voûte de la chambre de carbonisation en introduisant un excès de charge de charbon, ou bien on abaisse les flammes de combustion dans les chambres verticales de paroi chauffante, ou bien on organise la combustion des dépôts graphitiques des murs et de la voûte de la chambre de carbonisation (marche à vide du four), ou bien encore on met en oeuvre une combinaison quelconque desdits procédés, etc.Toutes les mesures précédentes visent à éviter le surchauffage de la partie supérieure du gâteau de coke et à abaisser la température dans la partie supérieure de la chambre de carbonisation. Dans le cas où le retrait de la charge de charbon est supérieur au niveau nominal, on réduit la charge de la chambre de carbonisation, ou bien on augmente le temps de cokéfaction, ou bien encore on emploie ces deux procédés ensemble. Néanmoins, les mesures technologiques ci-dessus indiquées sont peu efficaces et leur réalisation exige des frais d'exploitation supplémentaires. Pour éliminer le surchauffage ou le sous-chauffage de la charge carbonique, on a tenté de régler le niveau de chauffage d'un four à coke par perfectionnement de ses parois chauffantes. Ainsi, on connait un four à coke à chambre de carbonisation horizontale, disposée entre les parois chauffantes formées par des chambres de combustion verticales jumelées, par le brevet d'invention allemand nO 677 101 (Cl. 10a 6). Ledit brevet prévoit à la partie supérieure de la cloison séparatrice des chambres de combustion jumelées verticales une porte à bord inférieur fixe. Le plancher des chambresde combustion verticales et la partie supérieure de la cloison formant le bord supérieur de la porte susdite sont rendus amovibles. La régulation du niveau de chauffage du four à coke s'effectue par abaissement du bord supérieur de la porte au moyen de la substitution de la partie supérieure courte de la cloison séparatrice par une partie longue, ainsi que par installation d'un plancher supplémentaire. La réalisation d'un tel four à coke est théoriquement possible, bien qu'elle soit difficile dans les conditions industrielles. Cela vient de la nécessité du démontage du plancher de la paroi chauffante, ce qui exige des frais importants. On sait en outre que la masse essentielle des produits de combustion passe par la partie inférieure de la porte susmentionnée, d'où l'influence peu importante de la manipulation du bord supérieur de ladite porte sur la mise à la température de la partie supérieure des chambres de combustion verticales. Par ailleurs la modification et, en particulier, la réduction de la section de passage de la porte susdite augmente sa perte de charge et perturbe le régime hydraulique du système de chauffage du four à coke. On connait, d'après les brevets d'invention de la R,F.A,nO 1 671 325 (Cl. ClO b 5/02) et du Japon n" 46-20146, un four à coke horizontal comprenant une chambre de carbonisation horizontale, disposée entre les parois chauffantes formées par des chambres de combustion jumelées verticales. Dans la partie-supérieure de la cloison séparatrice des chambres de combustion jumelées verticales il y a une porte principale et une porte auxiliaire au-dessus de celle-ci. Une cloison séparant les chambres de combustion verticales est disposée entre lesdites portes. Dans cette cloison est ménagée une chambre auxiliaire qui sert de prolongement de l'une des chambres de combustion verticales et dont la section de passage est plus petite que celle de la chambre de combustion principale. Dans sa partie supérieure la chambre de combustion auxiliaire est dotée d'un registre pour sa fermeture périodique. Conformément à ces inventions, la régulation du niveau de chauffage du four à coke se fait par admission d'une partie des produits de combustion, à travers la chambre de combustion et la porte auxiliaires, d'une chambre de combustion verticale dans une autre. Mais la masse essentielle des produits de combustion passe par la voie la plus courte, c'est-à-dire par la porte principale. C'est pourquoi une partie peu importante-des produits de combustion peut passer par la porte auxiliaire, ce qui ntinfluence pas sensiblement la régulation de la température de la partie supérieure des chambres de combustion et, par conséquent, la mise à la température du gâteau de coke. En outre, la présence d'une cloison à la partie supérieure des chambres de combustion verticales crée une perte de charge et diminue la transmission de chaleur de la partie supérieure des parois des chambres de combustion verticales de chauffage vers la charge de charbon. Les brevets d'invention de la R.F.A. nO 1 671 319 (Cl. ClOb/ 5/02), U.S.n- 3519541 et du Japon nO 46-23496 décrivent un four à coke comprenant une chambre de carbonisation horizontale disposée entre les parois chauffantes formées de chambres de combustion jumelées verticales. Dans la partie supérieure de la cloison séparatrice des chambres de combustion jumelées verticales on a prévu deux portes, l'une au-dessus de l'autre. A l'endroit de ces portes, dans les parois des chambres de combustion verticales on a exécuté des cavités rectangulaires dont les gradins portent des blocs de registres qui peuvent effectuer des mouvements de va-etvient en assurant tour à tour la fermeture desdites portes. La régulation du niveau de chauffage dans un tel four à coke se fait de la manière suivante. Lors de la fermeture de la porte inférieure et de l'ouverture de la porte supérieure, les produits de combustion passent d'une chambre de combustion verticale à l'autre à travers cette dernière et en sens inverse si les blocs de registres sont inversés. La manipulation des blocs de registres permet de régler la température de la partie supérieure des chambres de combustion verticales et, par conséquent, la température de la partie supérieure de la chambre de carbonisation. Toutefois l'exécution dans les parois des chambres de combustion verticales de cavités rectangulaires avec des blocs de registres incorporés accroit considérablement les pertes de charge des écoulements gazeux. De plus, il y a diminution de la transmission thermique vers la chambre de carbonisation aux endroits où les blocs de registres longent les parois des chambres de combustion verticales. Il faut prendre en considération le fait que l'exécution dans la cloison séparatrice des chambres de combustion verticales de deux portes à section de passage requise occupe une partie assez importante suivant la hauteur de ladite cloison, ce qui exclut pratiquement la possibilité de contrôler le chauffage, diverses charges de charbon présentant des variations de retrait sensiblement moins importantes en hauteur. On connait encore une paroi chauffante de four à coke avec une chambre de carbonisation horizontale, qui comporte des chambres de combustion jumelées verticales. Les chambres de combustion de chaque couple sont séparées par une cloison avec une porte dans la partie supérieure, ladite porte ayant des guides en forme de rainures oùun bloc coulissant de registres est installé avec un dispositif d'entrée de crochet de tirant et de déplacement de celui-ci. Les guides en forme de rainures sont horizontaux et disposés sur des corniches adjacentes respectivement aux bords supérieur et inférieur de la porte et émergeant à l'intérieur de la chambre de combustion verticale. Une autre porte est ménagée au-dessus dans la cloison séparatrice. Entre les portes d l'in- térieur de la chambre de combustion verticale, sur tout son périmètre est exécuté un bossage disposé horizontalement et délimitant une ouverture horizontale. Sur ce bossage servant de guidage est disposé horizontalement un bloc de registres coulissant (Certificat d'auteur de l'URSS nO 57767, Cl.int. ClO b 5/02 > . La régulation de la température dans la partie supérieure de la chambre de carbonisation s'effectue alors comme suit. S'il est nécessaire d'élever la température dans la partie supérieure de la chambre de carbonisation, on transfere les produits de combustion à travers la porte supérieure d'une chambre de combustion verticale dans une autre. A ce moment la porte inférieure est fermée par le bloc de registres coulissant, tandis que la porte horizontale, délimitée par le bossage horizontal, est ouverte et vice versa. Bien que l'exécution de blocs de registres coulissants les allège, ce qui facilite leurs déplacements et, par conséquent, la régulation de la température dans la partie supérieure du four à coke, la paroi chauffante décrite dans ce qui précède présente aussi bien des inconvénients propres aux fours connus avec parois chauffantes dont la section de passage des portes est obturée par les blocs de registres1 que des inconvénients qui lui sont propres. Ainsi, la présence dans la chambre de combustion verticale de corniches et d'un bossage augmente sensiblement la perte de charge de l'écoulement des produits de la combustion et la réduction de la surface active de transmission de chaleur des parois à la charge de charbon. On sait de plus que la chambre de combustion verticale doit avoir une section libre et une perte de charge minime sur toute la hauteur de celle-ci, c'est-à-dire que les parois des chambres de combustion ne doivent pas avoir de surépaisseurs, bossages et éléments réfractaires rapportés sur ces parois En outre, lors de l'ouverture de la porte supérieure ou inférieure pour le passage des produits de combustion à un niveau approprié, on écarte les blocs de registres vers les parois des chambres de combustion verticales en obturant ainsi une partie de la surface de la paroi et en détériorant à cet endroit la transmission de chaleur vers la chambre de carbonisation et la charge de charbon. On s'est donc proposé de créer une paroi chauffante de four à coke à chambre de carbonisation horizontale, avec une porte, ménagée dans la cloison séparatrice des chambres de combustion jumelées verticales, dont on peut faire varier la position suivant la verticale, l'aire de la section de passage de la porte et la section de passage des chambres de combustion verticales suivant toute la hauteur de celles-ci restant invariables afin de pouvoir modifier le niveau de chauffage en fonction du retrait de la charge de charbon, c'est-à-dire régler la température dans la partie supérieure de la chambre de carbonisation. Le problème posé est résolu en ce que, dans une paroi chauffante du four à coke à chambre de carbonisation horizontale comportant des chambres de combustion jumelées verticales, lesdites chambres étant séparées dans chaque couple par une cloison ayant une porte ou passage dans la partie supérieure, ladite porte étant dotée de guides en forme de rainures,dans lesquels est disposé un bloc de registre avec un dispositif d'entrée d'un crochet de tirant et de déplacement de celui-ci pour régler la température de la partie supérieure des chambres de combustion de la paroi, suivant l'invention; le bloc de registre comporte sur ses flancs des bossages engagés dans les guides, qui s'étendent verticalement sur les parois latéralesde la porte, chaque guide ayant à sa partie supérieure une échancrure en gradin dont la hauteur dépasse celle de chacun des bossages du bloc de registre, le centre de gravité du bloc de registres étant décalé par rapport à l'axe longitudinal des bossages en sens opposé aux échancrures en gradin pur assurer la rotation et le maintien du bloc de registre par gravité en sa position supérieure dans la porte et pour assurer la modification de la position de celle-ci suivant la verticale, l'aire de la section de passage de la porte demeurant essentiellement invariable. Une telle exécution de la paroi chauffante du four à coke permet par comparaison avec les fours connus de faire varier la température dans la partie supérieure de la chambre de carbonisation par déplacement du bloc de registre en position haute ou basse dans la porte. Cela permet d'effectuer la cokéfaction de charges de charbon à retraits variés1 c'est-à-dire de qualités différentes.L'orientation verticale des guides en forme de rainures avec un bloc de registre installé à l'intérieur, exclut la présence de toutes sortes de surépaisseurs ou de bossages à l'intérieur des chambres de combustion verticales qui augmentent la perte de charge et diminuent la transmission thermique des parois, et améliore la qualité du coke grâce à la régulation possible de la température dans la partie supérieure de la chambre de carbonisation en vue du chauffage nécessaire du gâteau de coke. Il est avantageux d'exécuter dans le bloc de registre dont le centre de gravité est décalé en sens opposé aux échancrures en gradins des guides, le dispositif d'entrée du crochet de tirant sous la forme dtau moins un trou conique débouchant, dont la conicité est orientée en sens inverse du déplacement du centre de gravité du bloc de registre pour permettre la rotation de celui-ci sur le crochet de tirant dans un plan vertical. Il est pratique d'exécuter dans le bloc de registres,dont le centre de gravité est décalé en sens opposé aux échancrures en gradins des guides, le dispositif d'entrée du crochet de tirant sous la forme d'une échancrure en gradins sur le côté du bloc de registre opposé à la direction de déplacement du centre de gravité de celui-ci, ce côté de l'échancrure en gradins devant avoir une pente opposée à l'horizontale pour permettre la rotation du bloc de registre dans un plan vertical. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés dans lesquels: -la figure 1 représente en coupe partielle une paroi chauffante, en particulier la partie supérieure des chambres de combustion jumelées verticales à cloison séparatrice dont la porte comporte des guides en forme de rainures avec une échancrure à gradins, -la figure 2 représente une coupe de la figure 1 selon II II montrant les sections de passage des chambres de combustion jumelées verticales et le bloc de registre, disposé dans les guides en forme de rainures; -la figure 3 est une coupe de la fiv.1 selon III-III avec une porte et un bloc de registre installé dedans en position basse;; -la figure 4 représente une vue de côté du bloc de registre à deux ouvertures coniques qui servent à l'entrée du crochet du tirant; -la figure 5 représente une coupe de la figure 4 selon V-V; -la figure 6 représente une vue de côté du bloc de registre avec une coupe partielle indiquant l'échancrure à gradins exécutée dans ledit bloc destinée à l'entrée du crochet; -la figure 7 est une coupe de la figure 6 selon VII-VII; -la figure 8 représente en coupe transversale la porte avec un bloc de registre installé dedans en position haute. Le four à coke comprend une chambre de carbonisation horizontale (non représentée) disposée entre les parois chauffantes (fig. 1). La paroi chauffante comporte des chambres de combustion jumelées verticales 1 et 2 (fig.1) avec un plancher 3 et des canaux technologiques 4 et 5. Chaque couple de chambres de combustion jumelées verticales 1 et 2 comporte une cloison séparatrice 6 avec une porte 7 (fiv.2) ou passage dans sa partie supérieure. Dans les cloisons latérales de la porte on a prévu des guides verticaux en forme de rainures, dont la partie supérieure comporte des échancrures à gradins 9. Dans les guides 8 est installé un bloc de registre 10.- Le bloc de registre a sur ses flancs des bossages Il (fig. 2 et 3) qui s'engagent dans les rainures des guides 8 et dont la longueur est inférieure à la hauteur de chacune des échancrures à gradins 9 des guides 8. Le centre de gravité C du bloc de registre 10 est décalé par rapport à l'axe longitudinal de ses bossages 11. Le bloc de registre 10 est équipé d'un dispositif d'entrée du crochet 12 de tirant 13 et de déplacement de celui-ci. Un mode de réalisation du bloc de registre 10 est représenté sur les figures 4 et 5 où ledit dispositif est exécuté sous la forme de deux orifices coniques débouchants 14 dont la conicité est opposée au sens de déplacement du centre de gravité C du bloc de registre 10, ce qui assure la rotation de celui-ci sur le crochet 12 de tirant 13 dans un plan vertical. Un autre mode de réalisation du bloc de registre 10 est représenté sur les figures 6 et 7. Dans ladite version le dispositif d'entrée du crochet 12 de tirant 13 est exécuté sous la forme d'une échancrure à gradins 15t pratiquée du côté opposé au sens de déplacement du centre de gravité C. Le côté supérieur 16 de la dite échancrure 15 a une inclinaison opposée sur l'horizontale de ce qui permet de faire tourner le bloc de registre 10 sur le crochet 12 de tirant 13 dans un plan vertical. La régulation du niveau de chauffage, c'est-à-dire de la distance entre le sommet de la chambre de carbonisation (non représentée) et le haut de la porte 7, donc la régulation de la temperature dans la partie supérieure de la chambre sus-mentionnée, se font de la façon suivante. Si la cokéfaction de la charge de charbon donne lieu à un retrait dépassant le retrait nominal et si le niveau du sommet du gâteau de coke à la fin de la cokéfaction est inférieur à la valeur nominale, on remonte le bloc de registre 10 ce qui se fait de la manière suivante. Par le canal technologique 4 (fig.1) on fait descendre le tirant 13 avec le crochet 12 dans la chambre de combustion verticale 1. On introduit respectivement le crochet 12, simple ou double, dans les orifices débouchants 14 ou bien dans l'échancrure à gradins 15 du bloc de registre 10. Lorsque le tirant 13 remonte, le crochet 12 entraine ledit bloc 10. Après que le bas des bossages Il du bloc de registre 10 a atteint le bord des échancrures à gradins 9 des guides 8, ledit bloc 10 tourne dans un plan vertical sous l'effet de son propre poids, son centre de gravité C étant décalé. Dans ce cas les extrémités supérieures des bossages Il du bloc de registre 10 s'appuient contre les guides 8, alors que les côtés inférieurs des bossages viennent se placer sur les bords des échancrures à gradins 9. Le bloc de registre 10 est immobilisé dans les guides 8 grâce au décalage du centre de gravité C (fig.8). On sort le crochet 12 du bloc de registre 10 et on l'extrait, au moyen du tirant 13, de la chambre de combustion verticale 1 à travers le canal technologique 4. Ainsi, les produits de combustion passent d'une chambre de combustion verticale 2 dans l'autre chambre de combustion à un niveau plus bas proportionnel à la hauteur du bloc de registre 10, ce qui correspond à un abaissement de la température dans la partie supérieure de la chambre de carbonisation non représentée. Cela évite à son tour le surchauffage du sommet du gâteau de coke et de la voûte de ladite chambre (non représentés). Si l'on admet à la cokéfaction une charge de charbon dont le retrait est inférieur à celui de la charge précédente (ce qui est très répandu en pratique), on descend le bloc de registre 10 installé dans la partie supérieure du passage 7. Cette opération est réalisée comme suit. On engage à travers le canal technologique 5 le tirant 13 avec le crochet 12 à l'intérieur de la chambre de combustion verticale 2. On introduit le crochet 12 sous le bloc de registre 10 et on le soulève. Ledit bloc de registre 10 tourne dans ce cas pour prendre la position verticale et on l'abaisse, à l'aide du crochet 12, pour le placer sur le bas de la porte 7. On dégage le crochet 12 du bloc de registre 10 et on l'extrait par le tirant 13 de la chambre de combustion 2 par le canal technologique 5. Lorsque le bloc de registre vient s'installer sur le bas de la porte de passage 7, le bord inférieur de cette porte remonte au sommet du bloc de registre 10. De cette manière les produits de combustion passent d'une chambre de combustion verticale 2 à l'autre 1 à un niveau plus élevé et proportionnel à la hauteur du bloc de registre 10, ce qui correspond à une élévation de température dans la partie haute de la chambre de carbonisation. Cela a son tour contribue à chauffer le sommet du gâteau de coke et la voûte de chambre de carbonisation (non représentée). Il découle de tout ce qui précède que la mise en place du bloc de registre 10 dans les parties haute et basse de la porte ou passage 7 varie, suivant la position de ladite porte suivant la verticale, de la hauteur du bloc 10. La section de passage de la porte 7 reste pratiquement invariée. De plus, l'exécution du bloc de registre 10 en hauteur à une cote de 200-250 mm permet de faire varier en rapport la position de la porte suivant la verticale d'une même distance ce qui correspond à la gamme de retraits des charges de charbon. Ainsi, en manipulant le bloc de registre, on réalise la mise à la température nécessaire du gâteau de coke, dont le surchauffage ou le sous-chauffage deviennent impossibles, ce qui permet de produire du coke de haute qualité. Pour mieux faire comprendre l'essence de l'invention, dans la description des exemples de réalisation ci-dessus mentionnés, la paroi chauffante est représentée par un seul couple de chambres de combustion jumelées verticales. Toutefois l'homme de l'art comprendra aisément qu'une paroi chauffante se compose en réalisé de plusieurs couples de chambres de combustion jumelées verticales. -REVENDICATIONS 1.- Paroi chauffante de four à coke à chambre de carbonisation horizontale, comprenant un couple de chambres de combustion jumelées verticales séparées par une cloison munie d'un passage ou porte à la partie supérieure, ladite porte ayant des guides en forme de rainures dans lesquels est logé un bloc de registre, doté d'un dispositif d'entrée d'un crochet de tirant et de déplacement de celui-ci dans le but de régler la température de la partie supérieure des chambres de combustion verticales de la paroi, caractérisée en ce que le bloc de registre comporte sur ses côtés des bossages engagés dans des guides qui sont pratiqués verticalement dans les parois latérales de la porte, chacun des guides ayant à sa partie haute une échancrure à gradins dont la hauteur est supérieure à la longueur des bossages du bloc de registre, le centre de gravité du bloc de registre étant décalé par rapport à l'axe longitudinal des bossages en direction opposée aux échancrures, pour faire tourner et maintenir le bloc de registre sous l'effet de son propre poids en sa position haute dans la porte, ainsi que pour changer la position de ladite porte suivant la verticale, la surface de lasection de passage de la porte restant essentiellement invariable. 2.- Paroi chauffante suivant la revendication 1, caractérisé en ce que dans le bloc de registre, dont le centre de gravité est décalé dans une direction opposée aux échancrures à gradins des guides, le dispositif d'entrée du crochet de tirant est exécuté sous la forme d'au-moins un orifice conique débouchant dont la conicité est opposée au sens de-déplacement du centre de gravité du bloc de registre afin de permettre sa rotation sur le crochet de tirant dans un plan vertical. 3. Paroi chauffante suivant la revendication 1, caractérisée en ce que dans le bloc de registre, dont le centre de gravité est décalé dans une direction opposée aux échancrures à gradins des guides,le dispositif d'entrée du crochet de tirant se présente sous la forme d'une échancrure à gradins exécutée sur le côté du bloc de registre opposé au sens de déplacement de son centre de gravité, tandis que son côté supérieur est incliné en sens inverse sur l'horizontale pour permettre la rotation du bloc de registre sur le crochet du tirant dans le plan vertical.