Brevet FR2491605A1 — publié le 19820409

DISPOSITIF POUR AMELIORER L'ALLURE DE L'ECOULEMENT DANS DES CANAUX DE TRANSFERT DISPOSES ENTRE LES REGENERATEURS OU RECUPERATEURS ET LES CHAMBRES DE COMBUSTION D'INSTAL- LATIONS TECHNIQUES DE COMBUSTION AUX GAZ, NOTAMMENT DE FOURS A COKE La présente invention se rapporte à un dispositif destiné à améliorer l'allure de l'écoulement dans des canaux de transfert, qui sont intercalés entre leê régéné- rateurs ou les récupérateurs et les chambres de combustion de foyers techniques de combustion aux gaz avec récupéra- tion de chaleur, par régénération ou extraction, des gaz provenant de la combustion, notamment dans des fours à coke, canaux par lesquels les agents comburants préchauf- fés, tels que l'air dans le cas d'une combustion aux gaz riches ou de l'air et des gaz pauvres lors d'un fonction- nement aux gaz pauvres, sont introduits dans les carneaux à partir de la sortie des échangeurs de chaleur. Dans les installations techniques due combustion aux gaz avec récupération de chaleur, par régénération ou extraction, des gaz provenant de la combustion, il existe, notamment lorsqu'on utilise des gaz riches, des impératifs de construction pour l'agencement dans l'espace des canaux de transfert par lesquels les agents comburants préchauf- fés sont introduits dans les chambres de combustion à partir de la sortie du régénérateur ou du récupérateur ces impératifs gênent le déroulement uniforme de la combus- tion avec une flamme régulière et allongée. Par exemple, dans des batteries de fours à coke, par suite de la dispo- sition, dictée par les impératifs techniques de construc- tion, des cellules régénératrices en fonction du système de chauffage utilisé, les canaux de transfert décrivent avec l'horizontale un angle plus ou moins aigu et ils dé- bouchent dans les carneaux par un tronçon vertical rela- tivement court. En règle générale, la longueur de ce tron- çon vertical des canaux de transfert ne suffit pas pour 2 249 1605 uniformiser l'image d'écoulement et pour redresser verti- calement la direction de l'écoulement lors de la pénétra- tion dans les carneaux. Bien plus, des essais-types ont attesté que l'air comburant chauffé préalablement pénètre au fond des carneaux avec une dérive plus ou moins forte par rapport à la verticale. Il en résulte, dans les ré- gions inférieures des carneaux, de fortes turbulences qui sont amplifiées par la composante horizontale de vi- tesse par suite du brusque élargissement de section à l'entrée des carneaux, et qui entraînent un brasage in- tense et spontané des gaz de combustion et de l'air, donc des températures localement excessives de la flamme. De telles températures excessives de la flamme, même lors- qu'elles sont limitées localement, sont la cause d'une formation accrue de NO dans de nombreuses installations techniques de combustion aux gaz. En outre, les essais menés sur des maquettes d'essais d'écoulement ont mis en évidence le fait que la dérive de l'air comburant ad- mis se poursuit jusque dans zones susjacentes des carneaux et agit ainsi à l'encontre d'une répartition uniforme de la température dans le sens vertical. La présente invention a par conséquent pour objet d'éviter les inconvénients susmentionnés, de redresser l'écoulement des agents provenant des régénérateurs lors de- leur entrée dans les carneaux ou les chambres de combustion ( ou avant cette entrée J, et de leur confé- rer une allure verticale de circulation, de manière à obtenir ainsi une image homogène d'admission et, globa- lement, une allure uniforme d'écoulement de tous les agents gazeux de la réaction pénétrant dans la chambre de combustion, en maintenant l'agencement dans l'espace existant jusqu'à présent et en évitant dans une large mesure des pertes de pression. Selon les caractéristiques essentielles du disposi- tif de l'invention, le tronçon vertical de chaque canal de transfert,pénétrant dans la sole du carneau et présen- tant un diamètre agrandi en conséquence, loge une 3 2 4 9 1 6 0 $ brique cunéiforme en une matière réfractaire appropriée, qui comporte au moins une face orientée à l'oblique et qui est percée d'alésages, de préférence cylindriques, orientés verticalement, auquel cas les faces latérales dirigées ver- ticalement, de ladite brique de section rectangulaire, sont appliquées contre la paroi interne du canal de trans- fert, cependant que sa face inférieure orientée à l'obli- que est dirigée vers l'embouchure du tronçon, incliné vers le haut, dudit canal de transfert; la somme des sections des alésages cylindriques correspond de 0,75 fois.'i 1,5 fois, de préférence de 0,9 fois à 1,15 fois la section de passage dudit canal de transfert sur son tronçon incliné vers le haut. Selon d'autres caractéristiques du dispositif de l'invention - le rapport entre la superficie de la section de la face supérieure de la brique cunéiforme C qui se trou- ve dans un même plan que la sole du carneau] et la sec- tion d'un alésage cylindrique individuel est de 20 à 200, de préférence de 30 à 60; - le diamètre desdits alésages cylindriques mesure entre 10 mm et 60 mm, de préférence entre 20 mm et 50 mm - le rapport entre l'angle aigu formé avec-la ver- ticale par la face orientée à l'oblique,et l'angle que forme avec l'horizontale le tronçon, incliné vers le haut, du canal de transfert, est de 0,3 à 1,5, de préfé- rence de 0,4 à 0,7; - outre la face inférieure de la brique interca- laire, orientée vers l'embouchure du tronçon, incliné vers le haut, du canal de transfert, la face supérieure de cette brique, dirigée vers l'embouchure dudit canal de transfert dans le carneau, s'étend à l'oblique et parallèlement à ladite face inférieure inclinée, auquel cas l'extrémité supérieure de ladite face inclinée s'a- chève à peu de distance au-dessous de l'entrée dans la chambre de combustion dudit carneau, la brique incorporée ainsi réalisée présentant une forme rhombo!dale; 249 1 605 - le prolongement de l'axe du tronçon, incliné vers le haut, dudit canal de transfert, décrit un angle droit avec la face inférieure inclinée de ladite brique incor- porée, le point d'intersection se trouvant sur l'axe.du tronçon vertical dudit canal de transfert - la face incorporée contiguë à la paroi latérale du tronçon vertical dudit canal de transfert présente une hauteur dont la valeur est égale de 5 fois à 10 fois le diamètre de l'un des alésages cylindriques verticaux et -- le rapport entre l'angle aigu., formé par la face inclinée avec la verticale, et l'angle que forme avec l'horizontale le tronçon, incliné vers le haut, du canal de transfert, est de 0,5 à 1,5, de préférence de 0,8 à 1,2. L'invention va à présent être décrite plus en détail en regard des dessins annexés.à titre d'exemples nulle- ment limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale schématique du carneau d'un four à coke à chambre horizontale, les canauxde transfert, débouchant dans la sole dudit car- neau, raccordant ce dernier aux régénérateurs sous-ja- cents les figures 2a et 2b sont des coupes longitudinales d'une brique cunéiforme incorporée, la figure 2a étant une coupe selon la ligne A-A de la figure 2b la figure 2c est une vue en plan de ladite brique incorporée; les figures 3a et 3b sont des coupes longitudinales d'une brique incorporée d'un autre type de réalisation, la figure 3a étant une coupe selon la ligne 6-B de la figure 3b; et la figure 3c est une vue en plan de ladite brique incorporée du second type de réalisation. Sur la figure 1, la référence 1 désigne le carneau d'un four à coke, dans la sole 4 duquel débouchent des conduits oucanaux de transfert 2 qui raccordent les car- 249 1605 neauxindividuels à des régénérateurs 3 disposés au-des- sous de ces carneaux. D'une manière classique, les canaux de transfert 2 comprennent un tronçon 2b incliné vers le haut et un tronçon vertical 2a, qui traverse le couvercle de chaque régénérateur et débouche dans la sole du carneau considéré. Conformément à l'invention, pour améliorer l'allure de l'écoulement dans les canaux de transfert 2, le tron- çon 2a, orienté verticalement, de chaque canal de trans- fert, présente un diamètre agrandi en conséquenc- et une brique cunéiforme en une matière réfractaire appropriée est incorporée dans ce tronçon. Dans un premier type de réalisation selon l'invention, représenté sur les figures 2a à 2c, la brique de section rectangulaire est de confi- guration cunéiforme, c'est-à-dire qu'elle présente une face inférieure 6 orientée à l'oblique, et elle comporte un certain nombre d'alésages cylindriques verticaux 7. Les faces latérales, orientées verticalement, de la bri- que cunéiforme, sont appliquées contre la face interne du canal de transfert, la face inclinée 6 de ladite bri- que étant dirigée vers l'embouchure du tronçon 2b, incli- né vers le haut, dudit canal de transfert. Comme il res- sort de la figure 2b, la pointe de la brique cunéiforme se trouve à la transition entre le tronçon 2b, incliné vers le haut, et le tronçon vertical 2a, du canal de trans- fert. La somme des sections des alésages cylindriques in- dividuels doit être, selon l'invention, égale de 0,75 fois à 1,5 fois, de préférence de 0,9 fois à 1,15 fois la sec- tion de passage du canal de transfert sur son tronçon in- cliné vers le haut. Le rapport entre la superficie de la section de la face supérieure de la brique cunéiforme, dans la région du couvercle du régénérateur ou de l'entrée dans la sole du carneau, et la section d'un alésage cylin- drique individuel est de 20 à 200, de préférence de 30 à 60. Le diamètre de l'alésage cylindrique mesure entre 10 mm et 60mm, de préférence entre 20 mm et 50 mm. 249 1 605 Le rapport entre l'angle aigu a t figure 2b) formé par la face inclinée avec la verticale, et l'angle a, que le tronçon 2b, incliné vers le haut, du canal de transfert, décrit avec l'horizontale, est de 0,3 à 1,5, de préférence de 0,4 à 0,7. Les figures 3a à 3c représentent un second type de réalisation d'une brique incorporée selon la présente inven- tion, dans lequel, outre la face inférieure inclinée 6, située en regard de l'embouchure du tronçon 2b, incliné vers le haut, du canal de transfert, une face supérieure 8 est également orientée à l'oblique et parallèle à ladite face inférieure inclinée 6. L'extrémité supérieure de la face inclinée s'achève alors à une faible distance au-des- sous de l'entrée dans la chambre de combustion du carneau. Comme le montre la figure 3b, la brique incorporée ainsi réalisée présente une configuration- rhomboldale. Son in- corporation a lieu de telle sorte que le prolongement de l'axe 9 du tronçon 2b, incliné vers le haut, du canal de transfert, décrive un angle droit avec la face inférieure inclinée 6 de ladite brique, et quele point d'intersec- tion S se trouve sur -l'axe 10 du tronçon vertical 2a du- dit canal de transfert [ figure 3b) Dans ce type de réalisation selon l'invention, sont valables pour le rapport entre la superficie de la sec- tion et la section d'un alésage cylindrique individuel, ainsi que pour le diamètre des alésages cylindriques, les mêmes conditions que pour le premier type de réalisation, auquel cas la section de la face supérieure de la brique cunéiforme correspond à la projection sur un plan horizon- tal de la figure 3c. Dans ce type de réalisation, le rapport entre l'an- gle ( et l'angle î ( figure 3b) est de 0,5 à 1,5, de préférence de 0,8 à 1,2. En outre, la surface incorporée contiguë à la paroi latérale du tronçon vertical 2a du canal de transfert doit présenter une hauteur L dont la valeur est égale de 5 fois à 10 fois le diamètre de l'un des alésages cylindriques verticaux. 249 1 605 Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1.Dispositif pour améliorer l'allure de l'écoule- ment dans des canaux de transferts intercalés entre les régénérateurs ou les récupérateurs et les chambres de combustion d'installations techniques de combustion aux gaz à récupération de chaleur, par régénération ou par extraction, des gaz provenant de la combustion, notam- ment dans des fours à coke, canaux par lesquels tes agents comburants préchauffés, tels que de l'air dans le cas d'une combustion aux gaz riches-ou de l'air et des gaz pauvres lors du fonctionnement aux gaz pauvres, sont in- troduits dans les carneaux à partir de la sortie des échangeurs de chaleur, dispositif caractérisé par le-fait que, dans le tronçon vertical (2a), pénétrant dans la sole du carneau et présentant 'un diamètre agrandi en conséquence,de chaque canal de transfert (2), est incor- porée une brique cunéiforme (5) en une matière réfrac- taire appropriée, comportant au moins une face inclinée (6) et des. alésages (7) orientés verticalement, de pré- férence cylindriques, auquel cas les faces latérales, dirigées verticalement, de ladite brique (5) de section rectangulaire, sont appliquées contre la paroi interne du canal de transfert et la face inférieure (6) orientée à l'oblique est dirigée vers l'embouchure du tronçon (2b), incliné vers le haut, dudit canal de transfert (2); et par le fait que la somme des sections desdits alésages cylindriques [7) est égale de 0,75 fois à 1,5 fois, de préférence de 0,9 fois à 1,15 fois la section de passage dudit canal de transfert sur son tronçon (2b) incliné vers le haut. - 2. Dispositif selon la revendication 1,caractérisé par le fait que le rapport entre la superficie de la sec- tion de la face supérieure de la brique cunéiforme ú5), située dans un même plan que la sole du carneau, et la section d'un alésage cylindrique individuel (7) est de à 200, de préférence de 30 à 60. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le diamètre des alésages cy- lindriques (7) mesure entre 10 mm et 60 mm, de préférence entre 20 mm et 50 mm. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé par le fait que le rapport entre l'angle aigu ( A), que la face (6) inclinée à l'oblique forme avec la verticale, et l'angle ( a), que forme avec l'horizontale le tronçon (2b), incliné vers le haït., du canal de transfert, est de 0,3 à 1,5,de préférence de 0,4 à 0,7. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions i à 3, caractérisé par le fait que, outre la face inférieure (6) orientée veirs l'embouchure du tronçon (2b), incliné vers le haut, du canal de transfert, la face su- périeure (8) de la brique incorporée (5), dirigée vers l'embouchure dudit canal de transfert (2) et située dans le carneau (1), est également inclinée et parallèle à ladite face inférieure inclinée (6), l'extrémité supé- rieure de ladite face inclinée s'achevant à peu de dis- tance au-dessous de l'entrée dans la chambre de combus- tion dudit carneau, ladite brique incorporée ainsi réa- lisée présentant une configuration rhomboïdale. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le prolongement de l'axe (9) du tronçon (2b), incliné vers le haut, du canal de transfert, décrit un angle droit avec la face inférieure inclinée (6) de la brique incorporée: et par le fait que le point d'inter- section (S) se trouve sur l'axe (10) du tronçon vertical (2a) dudit canal de transfert. 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait que la surface incorporée contiguë à la paroi latérale du tronçon vertical (2a) du canal de transfert présente une hauteur (L) dont la valeur correspond de 5 fois à 10 fois au diamètre de l'un des alésages cylindriques verticaux. u 1 U 2 4 9 1 6 0 5 lu 24916O5 8.Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 5 à 7, caractérisé par le fait que le rapport entre l'angle aigu ( () formé par la face inclinée (6) avec la verticale, et l'angle ( a), que décrit avec l'horizonta- le le tronçon-(2b), incliné vers le haut, du canal de transfert, est de 0,5 à 1,5, de préférence de 0,8 à 1,2.