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"Perfectionnements dans les fours à cornues de cokéfaction verticales,
La présente invention est relative à des fours à cornues de cokéfaction verticales, d'une façon générale, mais elle s'applique plus particulièrement à des fours à coke ver- ticaux à combinaison, du type intermittent.
Dans des fours intermittents, à cornues de coké- faction verticales, il est essentiel que les cornues soient quelque -oeu plus larges au fond qu'au sommet, afin que le coke puisse en être retiré par gravité, lorsque la fermeture du
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fond est enlevée, comme conséquence de cette construction, la quantité de charbon confier au sommet du four est plus fai- ble que celle du fond, en raison de la différence de largeur qui existe entre les différentes parties de la cornue.
Si une quantité uniforme de chaleur a été appliquée sur toute la hauteur du four, le charbon placé au sommet serait cokéfié avant celui du fond, comme on le comprendra facilement.
Il est désirable, par suite, de chauffer les fours uniformé- ment à travers la batterie, mais de graduer la chaleur qui est appliquée du fond du four au sommet, suivant les quantités de charbon placées aux différents niveaux du four.
Suivant la présente invention, on réalise une bat- terie de fours coke avant une chambre de cokéfaction ver- ticale dont la surface varie en section transversale sur sa hauteur, et un dispositif pour chauffer cette chambre suivant cette différence de sections, comprenant des carneaux verticaux continus ayant des sections alimentées avec des quantités va- riables de combustible, en accord avec la surface transversa- le des portions correspondantes de la chambre, disposées pour être chauffées.
Afin que l'invention soit parfaitement comprise, et'Plus facilement mise en pratique, on l'a représentée, à titre d'exemple, sur les dessins annexés, sur lesquels :
La figure 1 est une vue en coupe verticale trans- versale d'une batterie de fours à coke construite suivant la présente invention, la vue étant faite à travers une des chambres de cokéfaetion.
La figure 2 est une vue en coune verticale trans- versale, à travers l'une des parois de chauffage de la batte- rie de fours à coke;
La figure 3 est une vue en coupe transversale lon- gitudinale d'une portion de la batterie de fours à coke de la
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figure 1, certaines parties étant arrachées;
La figure 4 est une vue en coupe horizontale brisée faite suivant la ligne IV-IV de la figure 3;
La figure 5 est une vue en coupe verticale faite travers une naire de régénérateurs, suivant la ligne V-V de la figure 1'
La figure 6 est une vue en coupe horizontale faite suivant la ligne VI-VI de la,figure 5;
La figure 7 est une vue en coupe à plus grande échel- le suivant la ligne VII-VII de la figure 8, de certains car- neaux horizontaux et de leurs connexions aux régénérateurs cor- respondants'
La figure 8 est une vue en coupe faite suivant la ligne VIII-VIII de la figure 7 ;
La figure 9 est une vue en coupe faite suivant la ligne IX-IX de la figure 7;
La figure 10 est une vue en coupe, faite suivant la ligne x-X de la figure 11, de l'une des fermetures et de son appareil associé, certaines parties étant arrachées, et
La figure 11 est une vue en coupe transversale fai- te suivant la ligne' XI-XI de la figure 10.
En se référant, particulièrement, , la figure 1, une batterie de fours à coke comprend une fondation 1, suppor- tant des colonnes 2, une paroi support 3 et une structure prin- cipale de four comprenant des parois latérales 4 et 5 qui s'ap- puient sur la paroi 3 et une poutre 6 sur les colonnes 2,
Les côtés de la, batterie comportent des poutres d'ancrage 7 qui sont réunies au moven de tirants 3 et de plaques ,
Entre les narois 4 et 5, s'étendent des cornues de cokéfacttion verticales 11 en tout nombre convenable ou désiré, et c'est à travers l'une de ces cornues qu'est faite la coupe;
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entre les parois 4 et 5 se trouvent paiement des parois de chauffage 12, alternant avec les cornues il* un chariot 13, sup- porté sur des rails 14, sur le sommet 15, du four, fonctionne pour charger les divers fours à. cornue de cokéfaction 11.
Une sortie de gaz 16, qui est située au sommet de chaque cornue composant la batterie, est reliée à un collec- teur principal 17,. Chaque cornue est, Egalement, munie d'une ouverture de pression de secours 18, disposée au fond et qui est reliée par une tuyauterie 19 avec un collecteur principal.
Des régénérateurs coopérant avec les systèmes de chauffage des diverses parois de chauffage 12 sont situés le long, de la paroi support 3 et au dessous de la structure principale du four. Les régénérateurs 22 possèdent des canaux de sole 23. Du gaz de gazogène ou autre gaz pauvre est amené par un conduit à gaz 24 ayant des robinets de réglage convenables 25 à chaque orifice de sortie. Un conduit 26 amène les gaz brûlés à la cheminée. Chaque cornue 11 est munie d'un mécanisme de ferme- ture 27 dont les détails seront donnés plus loin, un chariot 28 reçoit le coke provenant des-diverses cornues.
On se référera maintenant aux figures 2,3,4,5, et 6 sur lesquelles sont représentés certains détails de construc- tion de la batterie de fours à coke. Chacune des cornues 11 comprend un passage vertical relativement étroit de section transversale allongée et conique, situé entre des arois de chauffage voisines 12, la plus grande largeur étant au fond en vue de faciliter l'enlèvement du coke par gravité, à l'achèvement de l'opération. Chaque chambre de cornue est munie d'une ouverture de chargement centrale 30.
Chaque paroi de chauffage 12 comprend des carneaux de chauffage verticaux divisés ,en sections inférieures ou primaires 33 et en section supérires ou secondaires 34 qui
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sont en alignement vertical et qui sont suffisamment rappro- chées pour que opaque groupe constitu par une section infé- rieure et une section supérieure forme un carneau de chauffa- ge -oratiquement continu. Les sections de carneau supérieures ou secondaires sont plus larges que les sections inférieures pour les raisons -précédemment indiquées.
Le nombre de carneaux de chauffage peut être en accord avec la longueur horizontale des parois 12, cinq étant représentés, à titre d'exemple, dans la structure représentée ici, Comme on le voit sur la figurer, chacun des carneaux de chauffage est rectangulaire en section transversale, les portions extrêmes de ces carneaux, dans le cas de sections primaires 33, étant légèrement plus larges que les -portions intermédiaires. Les extrémités se touchant des sections supérieures et inférieures sont constituées -car un ouvrage en briquas 35, intermédiaire ou horizontal, au moyen duquel les sections primaires et secondaires sont reliées et au moven duquel les sections secondaires sont alimentées en gaz et en air, comme il sera décrit plus loin.
Le système de carneau de chacune des parois de chauffage est relié de façon opérante, au moyen de carneaux horizontaux Inférieurs 36 et 37, à deux régénérateurs 22, du type habituel à empilages, dont l'un est montré sur la figu- re 1, Lorsqu'on emploie comme combustible du gaz de gazogène ou autre gaz pauvre, l'un des carneaux horizontaux transporte du gaz réchauffé et l'autre transporte de l'air réchauffé à la fois dans les sections inférieures et dans les sections su- périeures des divers carneaux de chauffage de chaque paroi dans lesquels du gaz est en combustion.
Comme on le notera, d'après la figure 3, chacun des carneaux horizontaux 36.et 37 est directement relié, par des lumières convenables, à chacune des sections 33 de carneau
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inférieure ou primaire. Les carneaux horizontaux 36 et 37 sont également reliés aux sections supérieures de hameau 34, au moyen de conduits 38 s'étendant entre les sections infé- rieures 33 et parallèlement à ces sections.
Des conduits alternés 3 sont reliés au carneau horizontal 37 et les autres conduits 3 sont relias au carneau 'horizontal 37, Comme on le voit sur la figure 2, chacun des conduits 38, sauf ceux placés aux extrémités, possède des branchements 3 reliés à deux des sections su-nérieures 34 de carneau, les branchements 3 étant situés dans l'ouvrage en briques horizontal 35. Au moyen de cette disposition, chacune des sections supérieures de carnau est alimentée avec du com- bustible et de l'air réchauffés, par l'emploi d'un nombre minimum de conduits 38.
Chacune des ouvertures faisant communiquer les carneaux horizontaux 36 et 37 avec les sections inférieures de carneau 33 et avec les conduits 38, est contrôlée par une brique coulissante 41, qui est située dans une gorge 42, immé- diatement au dessus du carneau correspondant horizontal. Cer- taines de ces briques apparaissent sur les figures 3 et 8.
Les positions des briques coulissantes 41 peuvent être aius- tées travers les ouvertures 43 dans la naroi latérale 5, les ouvertures étant habituellement fermées par des brinues amo- vibles 44. Les positions des briques coulissantes 41 contrôlent la distribution de l'air et du gaz aux divers carneaux dans chaque paroi de chauffage.
Dans le cas où on emploie comme combustible du gaz de four à coke ou un gaz riche, ce gaz, sans chauffage préa- lable est amené à chaque série de sections de carnaau au moyen de canons de gaz 45 de la construction habituelle, qui sont res@ectivement reliés aux portions de fond de chacune des sec-
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tions de carneau. Pour alimenter les sections supérieures de carneau, le canon à gaz s'étend à travers l'ouvrage en bràques horizontal 35.
Les canons à gaz 45, destinés à alimenter les sections inférieures de carneau sont suspendus au dessous des planchers des parois de chauffage et sont reliés par des tuyaux verticaux 46 aux portions de fond des sections correspondantes de carneau. cette dernière disposition est clairement repré- sentée sur la figure 3.
Les produits de la combustion provenant des sections intérieures de carneau 33 montent, à travers des conduits 48, dans l'ouvrage en briques horizontal, pour pénétrer dans les sections secondaires 34. Les produits combinés de la combus- tion des sections de carneau supérieures et inférieures de chaque paroi, montent dans un carneau horizontal supérieur 49, dont les ouvertures sont contrôlées par des briques coulissan- tes 50 qui reposent dans une gorge 51 pratiquée dans la por- tion inférieure du carneau 4q. Les briques 50 contrôlent éga- lement de fagon indirecte, la distribution du chauffage, puis- qu'elles contrôlent l'écoulement des produits de la combus- tion.
Les positions des briques coulissantes 50 peuvent être réglées par l'inspection des ouvertures 52, en se plaçant au dessus de la batterie. Les carneaux supérieurs horizontaux
4q des Dards de chauffage coopérantes 12 sont reliés par deux carneaux transversaux par dessus 53, qui s'étendent au- dessus du sommet de la cornue Intermédiaire 11. Les systèmes de carneau des parois de chauffage sont, en conséquence, re- liés par paires. Les carneaux transversaux par dessus 53 sont situésde part et d'autre de l'ouverture de-chargement 30.
On peut se référer maintenant aux figuras 1,5,6 et 9, dans lesquelles certains détails de la construction des régénérateurs 22 et de leurs connexions aux carneaux horizon-
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taux correspondants 36 et 37 sont représentés. Les régénéra- teurs d'extrémité qui constituent des éléments uniques, atten- du que ces régénérateurs alimentent un unique carneau horizon- tal. Chacun des régénérateurs 22, est muni, son sommet. d'un conduit 55 qui est relié au carneau corresnondant horizon- tal, au moven d'un tuvau métallique incurvé ou en coude 56, qui est.garni de matière réfractaire, ayant deux conduits 57 pour une paire de régénérateurs.
Les conduits passant à tra- vers le tuyau 56 sont reliés aux conduits 58 qui s'étendent à travers la paroi 4 et qui sont reliés aux extrémités des carneaux correspondants horizontaux 36 et 37. Le tuyau 56 est muni de rebords 59 en contact avec les armatures 7 et reliés à ces armatures, de toute manière convenable, par des rivets ou par soudures . Les espaces entre les armatures 7 aux- quels letuyau 57 est fixé, sont remplis de matière féfrac- taire convenable, des noyaux étant initialement insérés pour former les passages à travers cette matière.
En se référant à la figure 8, on notera que les paires de régénérateurs ne sont pas reliées aux naires corres- pondantes de carneaux horizontaux 36 et 37, mais sont reliés aux carneaux de différentes parois de chauffage, Cette dis- position est prévue afin que les deux membres de chaque pai- re de régénérateurs soient traversés simultanément soit par du gaz, soit -car de l'air, soit par des gaz brûlés. En d'au- tres termes, chaque organe d'une paire de régénérateurs se trouve dans des conditions opératoires exactement semblables.
On se référera maintenant aux figures 10 et 11 sur lesquelles sont montrés, à grande échelle, les détails du mé- canisme de fermeture 27 pour une des cornues 11. Au-dessous de 'chaque cornue 11, et entourant l'ouverture du fond de cette dernière, se trouvent des piàces creuses à rebords 60 qui
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s'étendent dans la poutre en béton 6 et sont supportées par elle sur les sommets des colonnes 2 et par la paroi 3. Les pièces 60 constituent des bâtis supports pour le fond de la structure du four. Les joints entre les rebords latéraux des bâtis supports adjacents 60 sont scellés, par exemple par de la poix et une corde en amiante, d'où il résulte que toute la surface de fond de l'ouvrage en briques est recouvert et que toute fuite de gaz à travers les joints est évitée.
En plus de l'ancrage dans la paroi 3 et dans la poutre 6, des tiges 61, qui s'étendent au dessous de la batte- rie tendent également à supporter et %,maintenir les bâtis 60 dans leurs positions. Des ices 62 sont également-ancrées respectivement à la -paroi support 3 et à la poutre en béton
6 et elles son-1'- munies de boulons à ouvertures 63, qui y sont reliés à pivot.
Le mécanisme de porte comprend une structure de bâti allongée 64 ayant la forme d'une auge, possédant des oreilles 65 s'étendant vers l'extérieur situées à ses angles, en vue de la liaison avec les boulons à oeil 63, au moyen des- quels il est supporté. Le bâti 64 possède des parois exté- rieure et intérieure 66 et 67 formant une auge relativement profonde sur le côté gauche du bâti 64, comme on le voit sur la figure 11 et sur les extrémités du bâti 64, et une auge relativement peu profonde sur le côté opposé. La portion cen- trale du bâti 64 est ouverte.
Une porte allongée 68, dont la surface extérieure constitue une portion d'un cylindre et ayant des portions.ex- trêmes segmentaires 69, est supportée de façon rotative sur les extrémités du bâti 64 au moven d'organes d'appui 70 et 71 auxquels la porte 68 est rigidement fixée. L'organe 71, qui a la forme d'un court arbre est relié à un arbre 72, dont une portion seulement est représentée, et qui peut être relié à.
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tout dispositif de -puissance convenable (non représenté) pour actionner la porte 68.
Le mécanisme de fermeture tout entier 27, com- prenant le bâti 64 et les parties qui y sont relises, peut être retiré comme un tout, en supportant tout d'abord, le bâti 64 pendant que les écrous 73 sont retirés des boulons 63. Les boulons basculent, dusqu'à occuper des Dositions verticales et -permettent le retrait du mécanisme tout entier. Ce dernier peut être remonté en renversant les opérations.
L' auge constituée -par les parois interne et externe du bâti 64 vermet à la porte de tourner sur la gauche à partir de sa position fermée ou représentée, l'auge profonde recevant le côté de la porte et la portion étroite de l'auge recevant le côté opposé de la porte, lorsqu'elle est dans sa position fermée ou représentée.
L'auge est remplie avec un liquide ammoniacal qui arrive par des pulvérisateurs 74 pour enlever tout le goudron qui peut S'écouler de'la cornue 11, sur la surface extérieure de la porte 68. Des drains convenables 74 sont prévus pour extraire le contenu de l'auge, lorsqu'on le désire.
Une liai- son étanche aux gaz entre la cornue 11 et le joint liquide formé par le liquide ammoniacal, est assuré par une enveloppe 76 de forme rectangulaire, s'étendant au-dessous du niveau du liquide ammoniacal et reliée une plaque annulaire 77 ayant des extrémités incurvées vers le haut se conformant % la porte 68, ces deux organes étant fixés au bâti 60,
Le côté inférieur de la portion creuse du bâti 60 qui entoure la cornue 11, est fermé par les organes 76 et 77 pour réaliser une chambre 78 ou chemise d'eau, alimentée par de l'eau froide, au moyen de tuyaux d'admission 79. Des tuyaux de sortie 80 sont également prévus.
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Les pièces ou bâti supports 60 ont une résistance mécanique suffisante pour supporter l'ouvrage en briques de la structure de four entre la poutre en béton 6 et la paroi support 3. Cette disposition rend superflue la disposition de poutres supports ou autre ossature intermédiaire, telles que celles employées jusqu'ici. 'En outre, il n'existe pas d'ouvrage en briques exposé sur. le fond du four et toute fuite de gaz par l'ouvrage en briques est efficacement em- pêchée par les surfaces supérieures des bâtis supports 60 et de joints -pratiquement et anches aux gaz, disposés entre elles.
La dilatation de la structure de la fondation est pratiquement empêchée, par le système de refroidissement cons- titué par des chambres 78 remplies d'eau, environnant l'ouver- ture de fond de chacune des cornues et fonctionnant pour main- tenir les pièces supports et la portion inférieure de l'ouvra- ge en briques à une température relativement basse. La couche de cendre de coke dans le fond de chaque chambre de cokéfca- tion fonctionne également pour isoler le mécanisme de la porte et l'ouvrage en briques inférieur, de la charge chaude placée au-dessus et aide ainsi µ maintenir des températures relative- ment basses ail-dessous de la batterie.
En outre, des doints à dilatation meuvent être prévus entre les bâtis 60 et leurs supports en vue de compenser toute dilatation des bâtis. 'En conséquence, il n'y a 'cas de danger d'endommager les fonda- tions supports et la structure en raison de la dilatation, rendant le fonctionnement de la batterie,
On supposera que la batterie a été amenée à la tem- pérature de fonctionnement et qu'on désire commencer les opé- rations de cokéfaction. On décrira l'opération de chargement 'sur l'une des cornues 11, la même processus étant suivi pour
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toutes les autres cornues.
La porte 6 du four en chargement est dans la -position fermee, comme on le voit sur les flores
10 et 11. Le chariot µ charbon 13 distribue alors une quantité suffisante de cendre de coke par l'ouverture de chargement du four à charger, de façon . remplir la portion de fond du four jusqu'à une hauteur correspondant aux fonds des secttions de carneau de flamme 33. La cendre de coke est emplovée, afin que tout le charbon à cokéfier puisse être en contact avec la pa- roi qui est soumise à la chaleur développée dans les carneaux à flammes.
On fait ensuite fonctionner le chariot à charbon pour décharger une quantité de charbon, suffisante pour rem- plir la cornue 11 au niveau désiré et l'ouverture de charge- ment est ensuite fermée,
Les fours sont chauffés avec du gaz de gazogène propre et froid qui -pénètre dans le système de chauffage en venant au collecteur 24, au moyen de robinets régulateurs mé- talliques 25, les carneaux de sole 23 de certains des régéné- rateurs ensuite par les régénérateurs 22, les conduits 57 et 58 pour arriver dans les carneaux horizontaux 36 et 37. De l'air traverse également des trajets semblables, au moyen d'autres paiires de régénérateurs 22, pour arriver dans les carneaux correspondants horizon*aux 36 et 37.
Du gaz et de l'air préchauffés sont amenés dans les portions de fond de certaines sections 33 de carneaux-orimaires, pour amener de la chaleur aux parois de chauffage 12.
Les produits de la combustion des carneaux primai- res 33 passent vers le haut, à travers les conduits 48 pour se rendre dans l'ouvrage en briques horizontal 35 et dans la por- tion de fond des sections 34 de carneau secondaire.. pu gaz de gazogène réchauffé et de l'air réchauffé sont également amenés dans les portions de fond des sections 34 de carneau secondai-
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re, par les conduits 38 et les conduits de branchement 39, dans l'ouvrage de briques horizontal 35. Cette disposition assure qu'il n'y aura pas de concentration de chaleur à la portion de fond des carneaux à flamme secondaires 34, puisqu'on ces points le gaz combustible est dilué par les gaz brûlés des sections de carneau primaire.
Il est désirable de fournir moins de cha- leur au charbon à cokéfier placé dans la portion supérieure de la cornue, en raison de la largeur relativement étroite de la r.ornue et de la. quantité de charbon plus petite qui en est la conséquence. Cette disposition, par suite, permet de four- nir la chaleur suivant les quantités relatives de charbon de- puis le fond jusqu'au sommet des cornues. En d'autres termes, la chaleur appliquée à la cornue 11 va en diminuant suivant la forme de la. cornue.
Les produits combinés de la combustion des sections de carneaux 'primaires et secondaires montent dans le carneau horizontal supérieur 4Q qui s'étend le long du sommet de cha- que paroi de chauffage, et de 1à, ils se rendent, par les carneaux transversaux par dessus 53, dans le carneau horizon- tal supérieur 49, d'une paroi de chauffage associée. Les pro- duits de la combustion hautement chauffés descendent alors par la section de carneau secondaire 34, les conduits 48 et les sections 33 de carneau primaire, pour arriver dans les carneaux horizontaux 36 et 37, d'Où ils s'écoulent par la paire de régé- nérateurs qui y sont reliés jusqu'au collecteur à gaz brûlés qui est relié à 1a cheminée.
Le fonctionnement décrit ci-dessus est typique de celui de chaque paire de parois de chauffage associées. La di- rection de l'écoulement des gaz dans les parois de chauffage associées est renversée, à des intervalles désirés, afin que la chaleur emmagasinée dans les régénérateurs 22 par les pro-
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duits de la combustion, -ouïsse être utilisée -oour le chauffage préalable de l'air et du gaz pour la période suivante.
Pendant le procédé de cokéfaction, du gaz est déga- gé et une 'Pression de fluide est exercée sur le fond du four.
En conséquence, la liqueur ammoniacale contenue entre les côtés de la porte 68 et l'enveloppe 76 est abaissée jusqu'à ce que la hauteur de liquide dans la portion restante del'auge soit égale à la pression de fluide exercée par les gaz. Les gaz con- tenus dans le four s'échappent par l'orifice de sortie 16, pour se rendre dans le collecteur.
Lorsque le charbon contenu dans l'une des cornues
11 est complètement cokéfié et qu'on désire le retirer, on ou- vre la porte 6 au fond de la cornue au moven de l'arbre 72 qu'on tourne vers la gauche (fig. 11) les port ions profondesde l'auge recevant la côté et les extrémités de la morte. Le coke tombe alors par gravité 'Par l'espace libre situé entre les 'Portions propondes et 'Peu profondes de l'auge, pour arriver dans le chariot 28 récenteur de coke. Lorsque le coke est en- tièrement retiré, la porte est ramenée dans sa position fer- mée, c'est-à-dire dans la position représentée. Dans cette position, elle est de nouveau scellée d'une manière étance aux gaz, par la liqueur ammoniacale.
Le four peut alors être rempli de la manière précédemment décrite, tout d'abord par 1' introduction de cendre de coke et ensuite par celle de'la charge de coke.
Lorsque le- coke est déchargé sur le quai habituel, à coke, la cendre de coke peut être tamisée et une quantité suffisante peut être retenue pour fournir les charges des fours.
Le chauffage de la batterie de fours à coke a été décrit en connexion avec 1,emploi de gaz de gazogène qui a été refroidiet nettoyé et amené 'Par des robinets métalliques qui
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assurent que le système de chauffage ne sera pas obstrué par de la poussière ou des résidus qui se trouvent dans le gaz de gazogène directement fourni à la batterie. Toutefois, si on le désire, du gaz de four à coke ou autre gaz riche peut être employé comme combustible, étant donné que la batterie compor- te des canons à gaz 45 au moyen desquels du gaz riche peut être fourni aux portions inférieures de chacune des sections de carneau primaires 33 et'des sections secondaires 34.
Lorsqu'on emploie du gaz riche, tous les régénéra- teurs sont traversés soit par de l'air, soit par des gaz brûlés, suivant la direction de l'écoulement. L'écoulement du gaz dans le système de chauffage est pratiquement semblable à celui décrit par rapport au gaz de gazogène, les produits de combustion des sections primaires de carneau diluant le gaz combustible et l'air amenés aux sections secondaires de carneau en vue de-ne pas avoir de concentration de chaleur au voisina- ge de l'ouvrage en briques horizontal. Au moyen de cette dis- position, la batterie peut être chauffée par dessous par une portion du gaz recueilli dans le collecteur 17, ou dans le cas où on désire utiliser tout le rendement pour d'autres buts, le combustible peut être constitué -¯par du gaz de gazogène.
La batterie de fours à coke établie d'après l'in- vention forme un système de chauffage dans lequel le chauf- fage est uniformément réparti sur toute la largeur de la bat- terie et est diminué du fond vers le sommet des cornues afin que le chauffage puisse correspondre pratiquement aux quanti- tés de charbon à cokéfier aux divers niveaux.
La disposition de canaux transversaux par dessus pour relier les carneaux horizontaux, perfectionne la distri- bution des gaz en éliminant pratiquement le déplacement hori- zontai des gaz. Les produits de la combustion des séries de
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sections de carneau de chaque naroi de chauffage sont combinés avant leur entrée dans les régénérateurs et, par suite, il y a échange maximum de chaleur entre les gaz brûlés et l'air dans les régénérateurs.
La structure support est disposée de telle fagon que la dilatation est pratiquement éliminée par le dispositif de refroidissement, pour en maintenir la température à des va- leurs relativement basses. Les structures supnorts scellent efficacement le fond de l'ouvrage en briques du four et on évite toute fuite de gaz.
La. disposition des régénérateurs sur une fondation indépendante de celle de la structure de la batterie -nermet aux fondations d'être plus simples et plus économiques, en rai- son de la réduction de poids qu'elles ont à supporter. un avan- tage supplémentaire consiste dans le fait que toute dilatation des régénérateurs est entièrement Indépendante de celle de la structure de four et il n'est pas nécessaire d'avoir des joints d'expansion entre eux.
La disposition des régénérateurs avec leurs sorties tout-à-fait adjacents aux carneaux horizontaux qui sont des- servis, permet au gaz de suivre un chemin minimum, puisque les carneaux horizontaux doivent être situés dans le fond de la structure de four, vu que le brûlage vers le haut est né- cessaire, afin d'assurer un chauffage allant en diminuant pro- gressivement vers-le haut. Le court déplacement du gaz diminue la résistance offerte à son écoulement à travers la structure du four.
La disposition d'ouvertures d'inspection au sommet de la batterie et de conduits à travers l'ouvrage en briques horizontal,, pour relier les sections supérieure et inférieure decarneau alignées, permet à l'observateur d'examiner les
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conditions à n'importe quelle hauteur des parois de chauffage.
Bien qu'on ait représenté et décrit les diverses caractéristiques de l'invention, en se référant à des fours verticaux à cornues de cokéfaction, il sera apprécié par tous les experts en la matière, que l'application de l'invention n'est -pas limitée à cela. Diverses modifications peuvent être apportées et il y a lieu de comprendre par suite, que l'in- vention n'est pas limitée aux modes de réalisation spécifiques représentés et décrits ici,
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"Improvements in vertical coking retort furnaces,
The present invention relates to vertical coking retort furnaces, in general, but it applies more particularly to vertical coke ovens with combination, of the intermittent type.
In intermittent ovens, with vertical coking retorts, it is essential that the retorts are somehow wider at the bottom than at the top, so that the coke can be removed by gravity, when closing the
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bottom is removed, as a consequence of this construction, the quantity of charcoal entrusted to the top of the furnace is smaller than that of the bottom, due to the difference in width which exists between the different parts of the retort.
If a uniform amount of heat was applied over the entire height of the oven, the charcoal placed at the top would be coked before that at the bottom, as will easily be understood.
It is desirable, therefore, to heat the ovens evenly across the coil, but to scale the heat which is applied from the bottom of the oven to the top, according to the amounts of charcoal placed at the different levels of the oven.
According to the present invention, a coke oven battery is produced before a vertical coking chamber, the area of which varies in cross section over its height, and a device for heating this chamber according to this difference in sections, comprising vertical flues. Continuous lines having sections fed with varying amounts of fuel, in accordance with the transverse area of the corresponding portions of the chamber, arranged to be heated.
In order for the invention to be fully understood, and more easily put into practice, it has been shown, by way of example, in the accompanying drawings, in which:
Figure 1 is a cross-sectional vertical view of a coke oven battery constructed in accordance with the present invention, viewed through one of the coking chambers.
Figure 2 is a cross-sectional vertical view, through one of the heating walls of the coke oven battery;
Figure 3 is a longitudinal cross-sectional view of a portion of the coke oven battery of the
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Figure 1, some parts being torn off;
Figure 4 is a broken horizontal sectional view taken along the line IV-IV of Figure 3;
Figure 5 is a vertical sectional view taken through a window of regenerators, along the line V-V of Figure 1 '
Figure 6 is a horizontal sectional view taken along line VI-VI of Figure 5;
FIG. 7 is a sectional view on a larger scale taken along line VII-VII of FIG. 8, of certain horizontal fireplaces and their connections to the corresponding regenerators;
Figure 8 is a sectional view taken along the line VIII-VIII of Figure 7;
Figure 9 is a sectional view taken along line IX-IX of Figure 7;
Figure 10 is a sectional view, taken along the line x-X of Figure 11, of one of the closures and its associated apparatus, some parts broken away, and
Figure 11 is a cross-sectional view taken along the line XI-XI of Figure 10.
Referring particularly to Fig. 1, a coke oven battery comprises a foundation 1, supporting columns 2, a support wall 3, and a main furnace structure comprising side walls 4 and 5 which s 'rest on wall 3 and a beam 6 on columns 2,
The sides of the battery have anchoring beams 7 which are joined together with tie rods 3 and plates,
Between the nostrils 4 and 5 extend vertical coking retorts 11 in any suitable or desired number, and it is through one of these retorts that the cut is made;
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between the walls 4 and 5 are the heating walls 12, alternating with the retorts there * a carriage 13, supported on rails 14, on the top 15, of the furnace, operates to load the various furnaces. coking retort 11.
A gas outlet 16, which is located at the top of each retort making up the battery, is connected to a main manifold 17 ,. Each retort is also provided with an emergency pressure opening 18, disposed at the bottom and which is connected by a pipe 19 with a main manifold.
Regenerators cooperating with the heating systems of the various heating walls 12 are located along the support wall 3 and below the main structure of the furnace. Regenerators 22 have hearth channels 23. Generator gas or other lean gas is supplied through a gas line 24 having suitable control valves 25 at each outlet. A duct 26 brings the burnt gases to the chimney. Each retort 11 is provided with a closing mechanism 27, details of which will be given later, a carriage 28 receives the coke from the various retorts.
Reference will now be made to Figures 2, 3, 4, 5, and 6 in which certain details of construction of the coke oven battery are shown. Each of the retorts 11 comprises a relatively narrow vertical passage of elongated and tapered cross section, located between adjacent heating walls 12, the greatest width being at the bottom to facilitate removal of the coke by gravity, upon completion of the process. the operation. Each retort chamber is provided with a central loading opening 30.
Each heating wall 12 comprises vertical heating flues divided into lower or primary sections 33 and upper or secondary sections 34 which
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are in vertical alignment and which are sufficiently close together that an opaque group consisting of a lower section and an upper section forms a heating flue -oratically continuous. The upper or secondary flue sections are wider than the lower sections for the reasons stated above.
The number of heating flues may be in accordance with the horizontal length of the walls 12, five being shown, by way of example, in the structure shown here. As can be seen in the figure, each of the heating flues is rectangular in cross section, the end portions of these flues, in the case of primary sections 33, being slightly wider than the intermediate portions. The touching ends of the upper and lower sections are made -because a work in briquas 35, intermediate or horizontal, by means of which the primary and secondary sections are connected and to the means of which the secondary sections are supplied with gas and air, as it will be described later.
The flue system of each of the heating walls is operatively connected, by means of lower horizontal flues 36 and 37, to two regenerators 22, of the usual stacked type, one of which is shown in Fig. 1, When gaseous or other lean gas is used as fuel, one of the horizontal flues carries reheated gas and the other carries reheated air to both the lower and upper sections of the pipes. various heating flues on each wall in which gas is burning.
As will be noted from Figure 3, each of the horizontal flues 36. And 37 is directly connected, by suitable lumens, to each of the flue sections 33.
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lower or primary. The horizontal flues 36 and 37 are also connected to the upper hamlet sections 34, by means of conduits 38 extending between the lower sections 33 and parallel to these sections.
Alternating conduits 3 are connected to the horizontal flue 37 and the other conduits 3 are connected to the horizontal flue 37, As can be seen in figure 2, each of the conduits 38, except those placed at the ends, has branches 3 connected to two upper flue sections 34, the branches 3 being located in the horizontal brickwork 35. By means of this arrangement, each of the upper flue sections is supplied with heated fuel and air, by the use of a minimum number of conduits 38.
Each of the openings communicating the horizontal flues 36 and 37 with the lower flue sections 33 and with the ducts 38, is controlled by a sliding brick 41, which is located in a groove 42, immediately above the corresponding horizontal flue. Some of these bricks appear in Figures 3 and 8.
The positions of the sliding bricks 41 can be facilitated through the openings 43 in the side port 5, the openings usually being closed by movable strands 44. The positions of the sliding bricks 41 control the distribution of air and gas. to the various flues in each heating wall.
In the event that coke oven gas or a rich gas is used as fuel, this gas, without prior heating, is fed to each series of sections of the carnaau by means of gas guns 45 of the usual construction, which are respectively connected to the bottom portions of each of the sec-
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flue connections. To feed the upper flue sections, the gas gun extends through the horizontal brace work 35.
The gas guns 45 for supplying the lower flue sections are suspended below the floors of the heating walls and are connected by vertical pipes 46 to the bottom portions of the corresponding flue sections. the latter arrangement is clearly shown in figure 3.
The products of combustion from the interior flue sections 33 ascend, through ducts 48, into the horizontal brickwork, to enter the secondary sections 34. The combined products of combustion from the upper flue sections and lower of each wall, rise in an upper horizontal flue 49, the openings of which are controlled by sliding bricks 50 which rest in a groove 51 made in the lower portion of the flue 4q. The bricks 50 also indirectly control the distribution of heat, since they control the flow of combustion products.
The positions of the sliding bricks 50 can be adjusted by inspecting the openings 52, by placing themselves above the battery. The upper horizontal flues
4q of the cooperating heater darts 12 are connected by two cross flues from above 53, which extend above the top of the Intermediate retort 11. The heater wall flue systems are therefore linked in pairs. . The transverse flues from above 53 are located on either side of the loading opening 30.
We can now refer to figures 1, 5, 6 and 9, in which certain details of the construction of the regenerators 22 and of their connections to the horizon-
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Corresponding rates 36 and 37 are shown. The end regenerators which are unique elements, expect these regenerators to feed a single horizontal flue. Each of the regenerators 22 is provided with its top. of a duct 55 which is connected to the corresponding horizontal flue, to the means of a curved or elbow metal tube 56, which is lined with refractory material, having two ducts 57 for a pair of regenerators.
The conduits passing through the pipe 56 are connected to the conduits 58 which extend through the wall 4 and which are connected to the ends of the corresponding horizontal flues 36 and 37. The pipe 56 is provided with flanges 59 in contact with the pipes. frames 7 and connected to these frames, in any suitable manner, by rivets or by welds. The spaces between the reinforcements 7 to which the pipe 57 is attached are filled with a suitable ferrous material, cores being initially inserted to form the passages through this material.
Referring to Figure 8, it will be noted that the pairs of regenerators are not connected to the corre- sponding lines of horizontal flues 36 and 37, but are connected to the flues of different heating walls. This arrangement is provided so that the two members of each pair of regenerators are crossed simultaneously either by gas, or -car air, or by burnt gases. In other words, each organ of a pair of regenerators is under exactly similar operating conditions.
Reference will now be made to Figures 10 and 11 which show, on a large scale, the details of the closure mechanism 27 for one of the retorts 11. Below each retort 11, and surrounding the opening in the bottom of the retort. the latter, there are hollow pieces with edges 60 which
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extend in the concrete beam 6 and are supported by it on the tops of the columns 2 and by the wall 3. The parts 60 constitute support frames for the bottom of the furnace structure. The joints between the side flanges of the adjacent support frames 60 are sealed, for example by pitch and asbestos rope, whereby the entire bottom surface of the brickwork is covered and any leakage of gas through the seals is avoided.
In addition to the anchoring in the wall 3 and in the beam 6, rods 61, which extend below the battery also tend to support and hold the frames 60 in their positions. Iices 62 are also anchored respectively to the support wall 3 and to the concrete beam
6 and they are provided with aperture bolts 63, which are pivotally connected thereto.
The door mechanism comprises an elongated frame structure 64 in the form of a trough, having outwardly extending ears 65 located at its corners, for connection with the eye bolts 63, by means of the lugs. - what it is supported. Frame 64 has outer and inner walls 66 and 67 forming a relatively deep trough on the left side of frame 64, as seen in Figure 11 and on the ends of frame 64, and a relatively shallow trough on the opposite side. The central portion of the frame 64 is open.
An elongated door 68, the outer surface of which constitutes a portion of a cylinder and having extreme segmental portions 69, is rotatably supported on the ends of the frame 64 by means of bearing members 70 and 71 in which the door 68 is rigidly fixed. The member 71, which has the shape of a short shaft, is connected to a shaft 72, of which only a portion is shown, and which can be connected to.
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any suitable power device (not shown) for operating the door 68.
The entire closure mechanism 27, including the frame 64 and the parts connected to it, can be removed as a whole, first supporting the frame 64 while the nuts 73 are withdrawn from the bolts 63. The bolts swing, so as to occupy vertical Dositions, and allow the entire mechanism to be removed. The latter can be reassembled by reversing the operations.
The trough formed by the inner and outer walls of the frame 64 allows the door to turn to the left from its closed or illustrated position, the deep trough receiving the side of the door and the narrow portion of the trough. receiving the opposite side of the door, when it is in its closed position or shown.
The trough is filled with an ammoniacal liquid which arrives through sprayers 74 to remove any tar which may flow out of the retort 11, on the outer surface of the door 68. Suitable drains 74 are provided to extract the contents. of the trough, when desired.
A gas-tight connection between the retort 11 and the liquid seal formed by the ammoniacal liquid is provided by a casing 76 of rectangular shape, extending below the level of the ammoniacal liquid and connected to an annular plate 77 having upwardly curved ends conforming% the door 68, these two members being fixed to the frame 60,
The lower side of the hollow portion of the frame 60 which surrounds the retort 11 is closed by the members 76 and 77 to produce a chamber 78 or water jacket, supplied with cold water, by means of intake pipes. 79. Outlet pipes 80 are also provided.
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The supporting parts or frame 60 have sufficient mechanical strength to support the brickwork of the furnace structure between the concrete beam 6 and the support wall 3. This arrangement makes the arrangement of support beams or other intermediate framework superfluous. than those used so far. 'In addition, there is no brickwork exposed on. the bottom of the furnace and any gas leakage through the brickwork is effectively prevented by the upper surfaces of the support frames 60 and gasket-practically and gas reeds disposed therebetween.
The expansion of the foundation structure is practically prevented by the cooling system consisting of chambers 78 filled with water, surrounding the bottom opening of each of the retorts and functioning to hold the supporting parts. and the lower portion of the brickwork at a relatively low temperature. The layer of coke ash in the bottom of each coking chamber also functions to insulate the door mechanism and the lower brickwork from the hot load placed above and thus help µ maintain relative temperatures. ment low below the battery.
In addition, expansion joints can be provided between the frames 60 and their supports in order to compensate for any expansion of the frames. 'Consequently, there is' no risk of damaging the supporting foundations and the structure due to expansion, making the operation of the battery,
It will be assumed that the battery has been brought to operating temperature and that it is desired to begin coking operations. The loading operation will be described on one of the retorts 11, the same process being followed for
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all other retorts.
The door 6 of the loading oven is in the closed position, as seen in the flora
10 and 11. The µ charcoal carriage 13 then distributes a sufficient quantity of coke ash through the loading opening of the furnace to be loaded, so. fill the bottom portion of the furnace to a height corresponding to the bottoms of the flame flue sections 33. The coke ash is employed, so that all the coal to be coked can be in contact with the wall which is subjected to the heat developed in the flues with flames.
The charcoal cart is then operated to discharge a quantity of charcoal sufficient to fill retort 11 to the desired level and the loading opening is then closed,
The ovens are heated with clean, cold gasifier gas which enters the heating system from the manifold 24, by means of metal regulating valves 25, the floor flues 23 of some of the regenerators then through the heaters. regenerators 22, the conduits 57 and 58 to arrive in the horizontal flues 36 and 37. Air also passes through similar paths, by means of other pairs of regenerators 22, to arrive in the corresponding horizon flues * at 36 and 37 .
Preheated gas and air are supplied to the bottom portions of certain sections 33 of the primary flue, to bring heat to the heating walls 12.
The products of combustion from the primary flue 33 pass upward through conduits 48 to horizontal brickwork 35 and the bottom portion of the secondary flue sections 34. of reheated gasifier and reheated air are also supplied to the bottom portions of the secondary flue sections 34.
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re, by the conduits 38 and the branch conduits 39, in the horizontal brickwork 35. This arrangement ensures that there will be no concentration of heat at the bottom portion of the secondary flame flues 34, since At these points the fuel gas is diluted by the flue gases from the primary flue sections.
It is desirable to provide less heat to the coking coal placed in the upper portion of the retort, due to the relatively narrow width of the r.ornue and the. smaller quantity of coal which is the consequence. This arrangement, therefore, makes it possible to supply the heat according to the relative quantities of carbon from the bottom to the top of the retorts. In other words, the heat applied to the retort 11 decreases depending on the shape of the. retort.
The combined products of the combustion of the primary and secondary flue sections ascend into the upper horizontal flue 4Q which runs along the top of each heating wall, and from 1 to, they flow through the transverse flues through above 53, in the upper horizontal flue 49, of an associated heating wall. The highly heated combustion products then descend through the secondary flue section 34, the ducts 48 and the primary flue sections 33, to reach the horizontal flues 36 and 37, where they flow in pairs. from regenerators which are connected to the flue gas manifold which is connected to the chimney.
The operation described above is typical of that of each pair of associated heater walls. The direction of gas flow in the associated heater walls is reversed, at desired intervals, so that the heat stored in regenerators 22 by the propellants.
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combustion products, -ouis to be used -or the preliminary heating of air and gas for the following period.
During the coking process gas is evolved and fluid pressure is exerted on the bottom of the furnace.
As a result, the ammoniacal liquor contained between the sides of the door 68 and the casing 76 is lowered until the height of liquid in the remaining portion of the trough equals the fluid pressure exerted by the gases. The gases contained in the oven escape through the outlet orifice 16 to reach the manifold.
When the carbon contained in one of the retorts
If it is completely coked and you want to remove it, you open the door 6 at the bottom of the retort using the shaft 72 that you turn to the left (fig. 11) the deep ports of the trough receiving the side and the ends of the dead. The coke then falls by gravity through the free space between the proponde and shallow portions of the trough, to arrive in the coke recenter carriage 28. When the coke is completely removed, the door is returned to its closed position, ie in the position shown. In this position, it is again sealed in a gas-tight manner by ammoniacal liquor.
The furnace can then be filled in the manner previously described, first by introducing coke ash and then by introducing the coke charge.
When the coke is unloaded on the usual coke dock, the coke ash can be sieved and a sufficient quantity can be retained to supply the charges of the ovens.
The heating of the coke oven battery has been described in connection with the use of gasifier gas which has been cooled and cleaned and supplied by metal taps which
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ensure that the heating system will not be blocked by dust or residues found in the gasifier gas directly supplied to the battery. However, if desired, coke oven gas or other rich gas can be employed as a fuel, since the battery has 45 gas guns by means of which rich gas can be supplied to the lower portions of each. primary flue sections 33 and secondary sections 34.
When rich gas is used, all regenerators are passed through either air or flue gas, depending on the direction of flow. The gas flow through the heating system is substantially similar to that described with respect to the gasifier gas, the combustion products from the primary flue sections diluting the fuel gas and air supplied to the secondary flue sections for not to have a heat concentration in the vicinity of the horizontal brickwork. By means of this arrangement, the battery can be heated from below by a portion of the gas collected in the manifold 17, or in the case where it is desired to use all the output for other purposes, the fuel can be constituted. by gasifier gas.
The battery of coke ovens established according to the invention forms a heating system in which the heating is evenly distributed over the entire width of the battery and is reduced from the bottom to the top of the retorts so that the heating can correspond practically to the quantities of coal to be coked at the various levels.
The arrangement of transverse channels from above to connect the horizontal flues improves the distribution of the gases by practically eliminating the horizontal displacement of the gases. The products of combustion of the series
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Flue sections of each heating naroi are combined before they enter the regenerators and, as a result, there is maximum heat exchange between the flue gases and air in the regenerators.
The support structure is arranged in such a way that expansion is practically eliminated by the cooling device, in order to maintain its temperature at relatively low values. The supporting structures effectively seal the bottom of the kiln brickwork and prevent any gas leakage.
The arrangement of the regenerators on a foundation independent of that of the structure of the battery allows the foundations to be simpler and more economical, due to the reduction in weight which they have to bear. a further advantage consists in the fact that any expansion of the regenerators is entirely independent of that of the furnace structure and it is not necessary to have expansion joints between them.
The arrangement of the regenerators with their outlets completely adjacent to the horizontal flues which are served, allows the gas to follow a minimum path, since the horizontal flues must be located in the bottom of the furnace structure, since the upward burning is necessary, in order to ensure a gradually decreasing upward heating. The short movement of the gas decreases the resistance offered to its flow through the furnace structure.
The provision of inspection openings at the top of the battery and of conduits through the horizontal brickwork, to connect the aligned upper and lower sections of the log, allows the observer to examine the
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conditions at any height of the heating walls.
Although the various features of the invention have been shown and described, with reference to vertical coking retort furnaces, it will be appreciated by all experts in the field that the application of the invention is not -not limited to that. Various modifications can be made and it should therefore be understood that the invention is not limited to the specific embodiments shown and described herein,