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La présente invention concerne un type perfectionné d'un appa- reil de chauffage, et plus particulièrement une forme à tirage ascendant d'un appareil de chauffage circulaire. L'appareil de chauffage suivant l'invention est construit de manière à prévoir un chauffage par radiation contrôlé de manière séparée, pour une pluralité de rangées différentes de tubes et de courants de fluide.
Il est désirable en connexion avec divers types d'opérations chimiques et de traitements du pétrole,d'effectuer le chauffage contrôlé d'un courant réactif particulier à mesure qu'il avance de manière continue d'une zone de réaction dans une autre, ou bien alternativement, il peut être désirable de chauffer simultanément divers courants de fluide employés dans un procédé de conversion ou dans des éléments adjacents à des niveaux de température différents. Ainsi, le présent type perfectionné d'appareil de chauffage prévoit des conditions de chauffage indépendantes contrôlées dans des parties séparées du dispositif et possède les avantages et l'utilité de plusieurs unités différentes de chauffage réunie en une seule construction.
L'appareil de chauffage suivant la présente invention comprend une chambre verticale de four de section circulaire et présentant une paroi cylindrique réfractaire, une paroi de séparation verticale à l'une des extrémités de la chambre, une paroi de séparation verticale angulairement placée par rapport à la première paroi de séparation et à la paroi cylindrique, les dites parois de séparation ayant approximativement la même surface dans le sens vertical et divisant la dite extrémité de la chambre du four en une pluralité de sections segmentaires de chauffage par radiation, une rangée de conduits de chauffage par fluide disposée à l'intérieur de chacune des sections adjacentes de la paroi circulaire de la chambre du four,
des moyens servant à faire passer des flammes et des gaz de combustion chauds approximativement en direction verticale le long des surfaces des parois de séparation dans chacune des sections susdites, comprenant des brûleurs disposés au sommet de chacun des angles formés par les parois de séparation, ainsi que des moyens pour l'évacuation des gaz résiduaires de la partie non-divisée de la chambre.
Suivant un mode de réalisation spécifique et préférable, les parois verticales de séparation se trouvent dans la partie inférieure de la chambre du four et se terminent en-dessous de l'extrémité supérieure de celle-ci, des moyens étant prévus pour faire passer les flammes et les gaz chauds de combustion en direction ascendante le long des surfaces des parois de séparation. De préférence, l'appareil de chauffage comprend également une série de conduits de chauffage par fluide dans la partie supérieure non-divisée de la chambre, au-dessus des parois de séparation.
Une structure unique et unnaurangement compact selon la présente invention., sont économiquement avantageux lorsqu'ils sont utilisés en connexion avec un réchauffage d'un seul courant fluide s'écoulant en série dans une plura- lité de zones de réaction. En d'autres mots, suivant un mode de réalisation plus spécifique et particulièrement avantageux de la présente inven- tion, une pluralité de chambres de réaction séparées sont disposées autour de la périphérie de la chambre du dispositif de chauffage, de telle sorte qu'un minimum de tuyauterie soit requis vers la série de tubes et à partir de cette série de tubes, maintenue dans les diverses cellules du dispositif de chauffage.
Egalement, les chambres de réaction peuvent être supportées entièrement, ou en partie, par le châssis en acier de la cham- bre de chauffage de telle sorte qu'il en résulte une unité compacte pour la réalisation du traitement en vue, faisant gagner de la place et réduisant les frais de construction.
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La construction et l'arrangement de l'appareil de chauffage et conversion selon la présente invention sera mieux compris, et divers traits caractéristiques supplémentaires avantageux pourront être notés en se reportant aux dessins ci-joints et à la description qui suit :
Dans le dessin,
Fig. 1 est une vue sectionnelle en élévation d'un mode de réali- sation du dispositif circulaire de chauffage à cellules multiples.
Fig. 2,est une vue sectionnelle en plan faite à travers le dis- positif de chauffage et de l'appareil de conversion le long de la ligne 2-2 de la figo 1.
En se reportant au dessin, la chambre du four est de préférence disposée verticalement, et présente une paroi latérale réfractaire cy- lindrique 1, une partie supérieure conique 2 et un fond ou plancher 3. La paroi latérale réfractaire 1 ainsi que les extrémités internes supérieure et inférieure de la chambre du four peuvent être construites en un béton isolant ou en une autre matière réfractaire ou isolante appropriée adaptée à résister à des conditions de température élevée. Le présent mode de réalisation prévoit des colonnes verticales ou armatures 4 et des po tres inférieures 5 supportant la chambre du four; cependant le plancher ou les moyens de support peuvent être disposés directement sur du béton ou sur des briques qui à leur tour sont placées directement sur les fondations.
Suivant le présent mode de construction perfectionné, l'intérieur de la chambre du four présente des parois de séparation 6 et 7. Ces parois de séparation divisent la partie inférieure de la zone de chauffage en zones segmentaires séparées de chauffage par radiation 8, 9 et 10, ainsi qu'il est montré plus clairement dans la fige 2 du dessin. Les parois 6 et 7 se terminent approximativement en-dessous de l'extrémité supérieure 2 de la chambre du four et forment ainsi une z8ne ouverte 11 de chauffage par convexion, tandis qu'au-dessus de la z8ne 11 et en partant du sommet conique supérieur 2, se trouve une sortie de gaz résiduaire ou cheminée 12.
Dans le plancher 3 de la chambre du four se trouvent disposés des blocs espacés 13, 14 et 15 pour brûleurs, chaque bloc présentant un brû- leur situé directement en-dessous, alimenté avec un combustible appropiié.
Ainsi qu'il est montré dans la figure 1, les brûleurs 13' fournissent une flamme à haute température et des gaz de combustion vers le haut à travers les blocs 13 sur l'une des faces de la paroi de séparation 6, tandis que le brûleur 15'fournit une flamme à haute température et des gaz chauds de combustion vers le haut par le bloc 15 vers la zone de coin de la zone 10 de chauffage(par radiation à la jonction 'des parois de séparation 6 et 7.
Quoique cela ne soit pas montré dans le dessin, un autre brûleur alimente des flammes et des gaz de combustion à haute température contre les parois 6 et 7 à l'intérieur de'-la z8ne segmentaire 9 de chauffage par radiation., Dans chaque cas,les blocs et les brûleurs sont disposés de telle manière que les flammes viennent frapper contre les parois de sépa- ration et effectuent un chauffage à haute température de ces parois, ce qui à son tour produit une chaleur rayonnante réfléchie à travers les di- verses z8nes divisées de chauffage.
Un trait caractéristique de la pré- tente invention consiste à prévoir des moyens de chauffage contrôlés de manière indépendante pour chacune des z8nes de chauffage par radiation, somme par exemple l'arrangement montré dans les dessins qui prévoit des brûleurs et des lumières de brûleurs vers chacune des diverses zones; cependant, le dispositif d chauffage circulaire à cellules multiples n'est pas limité à l'emploi d'un type particulier de brûleur.
Par exemple, on peut prévoir un seul brûleur dans la cellule 8 plutôt que les deux brû- lèurs et lumières de brûleurs 13 qui ont été illustrés, ou bien alterna- tivement on pourra espacer une pluralité de brûleurs du type à coupe
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réfléchissante, verticalement le long des parties axiales internes de chaque paroi de séparation et près du centre de la chambre du four,
de telle sorte que l'on peut prévoir une chaleur rayonnante réfléchie sur pratiquement toute la hauteur de la section Les gaz chauds de combustion de chaque zôn segmentaire séparée ou cellule du dispositif de chauffage se mélangent à l'intérieur de la z8ne 11 de chauffage supérieure par con- vexion et sortent ensuite de la chambre du four par la cheminée 120
Chacune des sections segmentaires séparées de chauffage par radia- tion présente des séries ou rangées séparées de conduits tubulaires à fluide de sorte que, en conformité avec les avantages du présent appareil de chauffage, des courants de fluide séparés peuvent être soumis à des condi- tions de chauffage différentes.
La chambre circulaire du four n'est pas limitée à un nombre déterminé de cellules ni, à l'emploi d'un nombre déterminé d'éléments tubulaires dans chaque cellule, car évidemment le nombre de tubes ou de conduits à fluide variera suivant la quantité de chaleur requise pour un type déterminé de procédé de traitement. Le mode de réalisa/ tion suivant l'invention, tel que montré par la fig. 2 du dessin, indique que la chambre du four a été divisée en trois cellules chauffées par radiation, la cellule 8 ayant pratiquement la moitié de la section transver- sale et les cellules 9 eet 10 utilisant un quart de la section transversale mais évidemment on pourra prévoir un plus grand nombre de cellules et chacune de ces cellules pourra utiliser toute fraction désirée de la section transversale.
Les éléments tubulaires individuels à l'intérie de chaque section segmentaire peuvent être disposés horizontalement ou verticalement mais de préférence ils seront disposés verticalement, de sorte que chaque élément tubulaire de la rangée de tubes recevra approximativement la même quantité de chaleur rayonnante dans chaque zone. Egalement, une ou plusieurs rangées verticales de tubes peuvent être maintenues dans chaque zône de chauffage, les tubes d'une rangée étant disposés en quinconce par rapport à ceux de.,la rangée suivante.
Cependant, à l'intérieur d'un four circulaire de,faible diamètre, une seule rangée d'éléments tubulaires est normalement utilisée et les tubes sont disposés suivant un arc adjacent à, ou près de, la paroi circulaire de la chambre du four dans chaque zone segmentaireo Dans le cas présent, une seule rangée de conduits 16 est disposée dans la section 8 de chauffage par radiation, tandis qu'un nombre moindre de tubes 17 est disposé en une rangée dans la section 9 et plusieurs autres tubes 18 sont disposés en une rangée dans la section 10. Dans chaque cas, les tubes sont connectés avec des coudes appropriés en U à leurs extrémités supérieure et inférieure, de sorte que n'importe quel écoulement de fluide pourra être maintenu dans chaque rangée de tubes.
Le dessin ci-joint indique encore que les tubes dans chaque cellule sont connectés en série; cependant, d'autres arrangements du dispositif de chauffage pourront être prévus pour donner un écoulement parallèle, ou une pluralité d'écoulements parallèles à travers chaque rangée de tubes de la chambre du four.
Des éléments tubulaires individuels de chaque rangée de tubes dans les diverses sections de chauffage par radiation peuvent être suspendus par une extrémité supérieure, et de l'espace peut être prévu en-dessous permettant une dilatation linéaire de chaque tube dans les conditions de haute température. Alternativement, comme montré dans la fig. 1, chacun des éléments tubulaires peut être supporté par les extrémités inférieures, notamment aux coudes en U qui relient les tubes adjacents, ce support étant formé par des berceaux appropriés tels que 19, et on pourra permettre la dilatation vers le haut des tubes des diverses rangées le long de la paroi cylindrique de la chambre du four.
Des consoles de guidage appropriées 20 peuvent être espacées tout autour à l'intérieur de la chambre du four, aux extrémités supérieurs des éléments tubulaires ou aux coudes supérieurs des tubes, de manière à tenir convenablement les éléments tubulaires de chaque rangée de tubes ou rangée en forme d'arc, suivant un alignement vertical.
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Dans la zone supérieure 11 de,chauffage par convexion de la chais- bre de chauffage, une pluralité de conduits 21 disposés verticalement four- nissent encore une autre rangée de tubes pouvant recevoir un ou plusieurs courants de fluide devant être soumis à un chauffage par convexion à haute température. Eu d'autres mots, les gaz chauds résultants passant vers le haut par la partie supérieure du four, de chacune des sections segmentaires inférieures de chauffage par radiation, fournissent une chaleur disponible pouvant très bien être utilisée pour le chauffage d'un ou plusieurs courants fluides supplémentaires ou pour le :;réchauffage d'au moins l'un des courants passant vers les zones de radiation.
La ou les rangées de chauffage par convexions ne sont pas limitées à un nombre déterminé de tubes, ou à un arrangement déterminé de rangées, mais les moyens de support de tubes pour la pluralité d'éléments tubulaires est construite de manière à permettre la dilatation linéaire des éléments tubulaires et à éviter un effort trop grand sur les éléments individuelso D'après le présent mode de réalisation, les éléments tubulaires 21 sont suspendus par leurs coudes soudés en U, ou coudes de retours au moyen de boulons de suspension ou goujons 22, qui à leur tour passent par des trous ou ouvertures à fentes formés dans les poutres 23.
Les poutres 23 sont à leur tour supportées par des traverses horizontales 24 à chaque extrémité, et ces traverses sont supportées par des tiges ou boulons de support appropriés 25 qui, à leurs extrémités supérieures, effectuent la connexion avec la partie supérieure 2 de la tête du four.
Lors du fonctionnement des dispositifs de chauffage, le chauffa- ge du courant fluide, ou des courants de fluide, à l'intérieur de la ran- gée de tubes de convexion 21 dépend évidemment de la chaleur résultant de chacune des sections de chauffage par radiation dans la partie inférieure de la chambre du four. Cependant, un trait caractéristique particulier du présent dispositif circulaire à cellules multiples consiste,à fournir les moyens pour l'alimentation d'un chauffage réglé différemment à chacune des zones segmentaires du chauffage.
Cela se fait en réglant de manière indépendante les moyens d'alimentation de la chaleur à l'extrémité infé- rieure de la 'chambre du four,de sorte que des quantités différentes de chaleur sont fournies sur les surfaces des parois de séparation dans chaque zone de chauffage par radiation, de telle manière que des intensités de chaleur différentes soient obtenues dans chaque zone de la chaleur rayon- nante réfléchie. Ainsi qu'il a été dit plus haut., on peut prévoir un nombre différent de tubes et des sections segmentaires de chauffage rayonnant de dimensions différentes, pour réaliser les conditions de chauffage des di- vers courants fluides d'une unité de traitement donnée.
Un autre trait ca- ractéristique des constructions et arrangement selon l'invention, est cons- titué par le fait que la chaleur rayonnante réfléchie à haute température est fournie depuis la partie centrale de la chambre du four circulaire, en d'autres mots, depuis le sommet ou angle inclus formé par les jonctions de parois de séparation adjacentes, de telle manière que la chaleur rayon- nante réfléchie qui en résulte est émise approximativement depuis une partie centrale axiale de la structure de four jusqu'aux rangées en forme d'arc des conduits à fluide. Par cet arrangement, les tubes ou conduits individuels dans une zône segmentaire donnée sont soumis à des quantités de chaleur approximativement équivalentes.
Egalement, ainsi qu'il a été dit plus haut, le présent arrange- ment fournit un four ou dispositif de chauffage pour courants fluides per- mettant un arrangement compact avec une pluralité de zones réactives adja- centeso Par exemple, ainsi que montré dans la fig. 2 du dessin, une série de réacteurs tels que ceux indiqués par les cercles en pointillé 26, 27 et 28 peuvent être disposés circonférentiellement autour de la chambre du four un réacteur étant disposé pratiquement en face de chaque jonction de la paroi cylindrique avec les parois de séparation de la chambre du four, de telle sorte qu'il y a un minimum de conduits ou tuyauterie lorsqu'on effectue
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le chauffage initial ou ré-chauffage d'un courant de fluide qui passe par les divers réacteurso D'une manière plus spécifique,
le courant formant la charge peut être introduit au moyen d'une conduite d'admission 29 à l'une des extrémités d'une rangée de conduits 16 et être soumis à un chauffage par radiation à haute température, de sorte que le courant résultant à la température de conversion pourra être évacué par la canalisation 30 dans le réacteur 26. Un courant à température réduite peut alors passer du réacteur 26 par la canalisation 31 dans l'une des extrémités de la rangée de tubes 17, dans la zone de chauffage rayonnant 9, et un courant de fluide ré-chauffé passera par la canalisation 32 dans le réacteur 27.
D'une manière analogue, un courant refroidi ou à température réduite du réacteur 27 peut passer par la canalisation 33 dans l'une des extrémités de la rangée de tubes 18, et par la cellule de chauffage rayonnant 10, et le courant réchauffé résultant peut passer depuis l'autre extrémité de la rangée de tubes 18 par la canalisation 34 dans le réacteur 28. Ainsi, on prévoit un écoulement continu en série à travers les diverses cellules de la chambre du four et à travers une pluralité de chambres séparées de réaction, avec ré-chauffage obtenu entre les diverses chambres. Evidemment, on pourra utiliser plus de trois chambres de réaction\ dans un arrangement quelconque donné, et il n'est pas nécessaire de limiter le présent dispositif de chauffage à trois cellules seulement et à son emploi dans les trois chambres de réaction.
Il est également à noter que la construction et l'arrangement d'un dispositif circulaire de chauffage à cellules multiples selon la présente invention, sont tels que les brûleurs se trouvent en-dessous du fond ou plancher 3 de la chambre du fourra qu'il y a un courant ascendant de flammes et az de combustion chauds à travers toute la chambre, la section de chauffage par convexion étant située dans la partie supérieure de la chambreo Le four circulaire perfectionné à cellules multiples, présentant des parois de séparation verticales et de la chaleur rayonnante réflé- chie pour séparer des rangées de conduits fluides dans chaque cellule ou zone,peut également être construit de manière à avoir un tirage descendant En d'autres mots,
la partie supérieure d'un four vertical peut être divisée segmentairement par les parois de séparation de manière à loger des séries différentes de tubes chauffés par radiation et des brûleurs appropriés peuvent fournir un courant descendant, pratiquement vertical, de flammes et de gaz de combustion le long des surfaces des parois de séparation avec ce résultat que les gaz de combustion chauds et les gaz résiduaires passent dans une section de chauffage par convexion qui est maintenue dans la partie inférieure non-divisée de la chambre du four.
Dans ce dernier arrangement, une sortie des gaz résiduaires est prévue depuis le fond de la structure et, évidemment, une ou plusieurs rangées de conduits tubulaires peuvent être maintenues dans la partie inférieure de la chambre du four pour recevoir les bénéfices du chauffage par convexion du courant chaud descendant de gaz.