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PERFECTIONNEMENTS AUX TUYERES.
Cette invention concerne des tuyères propres à mélanger du combus- tible pulvérisé à de l'air comburant et à introduire le mélange dans un foyer dégageant des fumées.
Pour la récupération des métaux tels que le zinc et le plomb du laitier des fours à soufflerie, le laitier en fusion est déchargé dans un foyer fumant, chauffé à la température de vaporisation du zinc et soumis à des conditions de réduction de telle manière que le zinc métallique est vaporisé et s'échappe de la surface supérieure du laitier en fusion. Le mé- tal est oxydé à la partie supérieure du four pour s'échapper de ce dernier d'où il est entraîné par les gaz de combustion. Subséquemment, les oxydes mé- talliques sont séparés des gaz et recueillis pour leur utilisation.
Le fonctionnement du four fumant est de nature cyclique, le dé- chargement du laitier en:fusion dans le four étant suivi par la phase de chauf- fage et ensuite par la phase de réduction du cycle. Après avoir effectué la coulée du laitier en fusion pour vider le four, on fournit à celui-ci une nouvelle charge de laitier fondu en provenance du four à soufflerie pour amor- cer le cycle suivant des opérations du four.
Le charbon pulvérisé et l'air comburant sont amenés sous la sur- face du laitier en fusion dans le four par des rangées de tuyères. Pendant la phase chauffage du cycle de fonctionnement du four le rapport des quanti- tés de charbon et d'air fournies par les tuyères se rapproche des conditions d'une combustion théoriquement complète, tandis que pendant la phase réduc- tion du cycle de fonctionnement du four, le rapport de l'air au charbon est considérablement réduit pour la vaporisation du zinc et du plomb dans le lai- tier en fusion.
La réaction produite pendant la phase de réduction ou de fu-
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mée du cycle de fonctionnement du four peut être exprimée par les équations ci-après : 2C + O2 # 2 G 0 CO + ZnO # Zn + CO2 2 Zn+ 02 # 2 Zn 0
Les deux premières réactions se produisent dans le bain de lai- tier en fusion, avec le carbone provenant du charbon qui se combine avec la faible quantité d'oxygène existante pour former de l'oxyde de carbone qui se combine avec l'oxygène de l'oxyde de zinc pour donner naissance à du zinc mé- tallique et à de l'anhydride carbonique. Le zinc métallique quitte le laitier en fusion à l'état de vapeur ou de fumée et est rébxydé au-dessus du bain de laitier en fusion pour former de l'oxyde de zinc à l'état de composé pratique- ment pur.
Les teneurs en métal du laitier étant généralement uniformes, 1' admission de charbon dans le four avec les quantités correspondantes appropriées d'air,peut être maintenue à des degrés sélectionnés pour les cycles répétés du fonctionnement du four. Toutefois, l'arrivée de charbon au four sera.ha- bituellement plus élevée pendant la phase de réduction que pendant la phase de chauffage de chaque cycle, pour atteindre le maximum d'élimination du mé- tal pendant une courte période de temps. Les variations du degré d'admission de charbon et de l'arrivée d'air aux tuyères ont donné lieu à des difficul- tés de fonctionnement des fours fumants.
Ces difficultés se présentent sous la forme de sérieux "retours de courants" de charbon et d'air par les tuyères, lorsque celles-ci sont mises en communication avec l'atmosphère pour l'enlè- vement du laitier figé à leurs extrémités de décharge. Cette situation est particulièrement nuisible lorsque le charbon pulvérisé est fourni par des pul- vériseurs séparés ou à chargement direct, comme cela se fait dans les installa- tions modernes. Dans un pulvériseur à chargement direct, un changement du de- gré d'admission de charbon pulvérisé n'exige pas nécessairement un changement égal du courant d'air primaire amené par le pulvériseur.
En réalité, la va- riation du débit d'air du pulvériseur ne sera qu'une fraction de la varia- tion du débit du charbon venant du pulvriseur, car la constance du débit d' air à travers ce dernier est avantageusement maintenue dans des limites rai- sonnablement restreintes pour le réglage de la finesse du charbon et par con- séquent l'obtention d'un rendement élevé de la combustion, même si la varia- tion du débit de charbon est de l'ordre de 2 à 1.
Un but de l'invention est d'assurer la continuation de l'arrivée du charbon et de l'air dans le four lorsqu'on ouvre une tuyère pour introdui- re une barre ou un ringard en vue de l'enlèvement de la scorie solidifiée de l'extrémité de la tuyère du côté four.
La présente invention concerne une tuyère destinée à mélanger 1' air primaire chargé de combustible pulvérisé et l'air secondaire comburant et à refouler le mélange pour la combustion dans une zone à pression super- atmosphérique, où une partie du corps de la tuyère pourvue d'une première cham- bre pour l'entrée de l'air secondaire et d'une seconde chambre pour l'entrée de l'air primaire chargé de combustible pulvérisé, est munie d'un ajutage d' éjection reliant les chambres et susceptible d'exercer, par l'intermédiaire du courant d'air secondaire passant de la première chambre dans la seconde, une action éjectrice à l'entrée d'air primaire et de combustible'dans la se- conde chambre, tandis qu'une lumière normalement fermée par des dispositifs obturateurs,
est destinée à permettre le passage d'un ringard introduit de l'extérieur du corps au moyen de la lumière de l'ajutage éjecteur et de l'ex- trémité de décharge d'air et de combustible de la tuyère, et est susceptible d'être fermée ou pratiquement fermée par le ringard lorsque celui-ci y est introduit.
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L'invention concerne aussi une tuyère destinée à mélanger l'air primaire chargé de combustible pulvérisé à l'air comburant secondaire et à décharger le mélange pour assurer la combustion dans une zone à pression super- atmosphérique, et caractérisée en ce qu'une partie du corps de la tuyère, pour- vue d'une première chambre pour l'entrée de l'air secondaire et d'une seconde chambre pour l'entrée de l'air primaire chargé de combustible pulvérisé, est.
munie d'un ajutage éjecteur reliant les chambres et destinée à exercer, par l'intermédiaire du courant d'air secondaire passant de la première chambre dans la seconde, une action éjectrice à l'entrée d'air primaire et de combus- tible dans la seconde chambre,tandis qu'une lumière, sous forme d'un conduit de notable longueur et normalement fermée par un dispositif obturateur, est destinée à permettre le passage d'un ringard introduit de l'extérieur du corps de tuyère par la lumière ménagée dans l'ajutage éjecteur et l'extrémité de décharge d'air et de combustible de la tuyère, l'ajutage et la lumière pré- sentant des alésages ayant les mêmes ou à peu près les mêmes formes en coupe transversale et les mêmes dimensions.
L'invention sera décrite ci-après, à titre d'exemple, avec réfé- rence aux dessins annexés, dans lesquels :
Fig. 1 est une vue en élévation, partiellement en coupe, de la partie inférieure d'un four fumant pourvu de tuyères suivant l'invention;
Fig. 2 est une vue de l'une des tuyères, en coupe verticale sui- vant la ligne II-II de la Fig. 3, et
Fig. 3 est une vue en plan de la tuyère représentée sur la Fig. 1.
Sur la Fig. 1, le four fumant pour laitiers 10 est délimité par des parois 11 à chemises d'eau et des rangées de tuyères 12 sont placées res- pectivement dans les parois opposées, à la partie inférieure du four à proxi- mité de la sole 13. Les tuyères sont disposées horizontalement et dépassent des manchons individuels 14 refroidis par une circulation d'eau et introduits dans des lumières correspondantes 15 ménagées dans les parois à chemises d' eau 11 du four. Des tuyaux d'entrée et de sortie séparés 16 et 17 pour le cou- rant d'eau de refroidissement sont aménagés sur chacun des manchons 14.
Dan la forme de construction décrite du four les tuyères refoulent le charbon pul- vérisé et l'air comburant dans un bain de laitier en fusion dont la surface supérieure 18 est située à une niveau d'environ 30 pouces ou 75 cm. au-des- sus de l'emplacement des tuyères, ce qui nécessite l'introduction du charbon pulvérisé et de l'air dans le four à une pression superatmosphérique.
Le charbon pulvérisé est entraîné par l'air dans un courant d'air primaire et est amené à chacune des tuyères par un conduit 20 allant d'un col- lecteur 21 à un raccord d'entrée du charbon 22 dans la tuyère. Chaque rangée de tuyères est pourvue d'un collecteur séparé 21 qui reçoit à son tour un mé- lange de charbon pulvérisé et d'air d'un groupe pulvériséur (non représenté) dans lequel le charbon est préparé à peu près dans les conditions voulues pour le four, suivant les besoins en combustible de l'opération de dégagement des fumées. L'air secondaire est amené aux tuyères 12 de chaque rangée par les conduits 23 reliant un collecteur d'admission d'air 24 aux raccords d'entrée d'air 25 dans les tuyères.
D'une façon habituelle, l'installation à fours de fumées pour lai- tiers, qui est alimentée en charbon pulvérisé par un système à groupes sépa- rés ou à chargement direct, comporte une source commune d'air à haute pres- sion à la fois pour fournir l'air comburant primaire et secondaire. Toutefois, la pression de l'air primaire et du charbon pulvérisé fourni à un collecteur 21 est quelque peu inférieure à celle de l'air secondaire fourni au collecteur 24, par suite des chutes de pression de l'air primaire pendant son passage à travers le pulvériseur et la canalisation de raccordement.
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Le mélange de charbon pulvérisé et d'air et l'air comburant se- condaire fourni à chacune des tuyères y sont mélangés et refoulés par un.aju- tage de tuyère allongé dans le four 10. La construction de la tuyère est ce- présentée en détail sur les Figs. 2 et 3 des dessins.
Comme c'est représen- té, la tuyère est faite de deux parties, une partie formant corps 26 et.une partie constituée par un ajutage allongé de refoulement.2'7, les pièces étant boulonnées entre elles par des boulons 28 s'étendant sur les côtés opposés, des tuyères entre les oreilles 30 du corps 26 et une bride plate 31 soudée à la tuyère 27. L'extrémité 32 de celle-ci s'engage dans le corps 26 et la face du rebord ou de la bride 31 est maintenue avec pression sur la face d' extrémité annulaire adjacente du corps 26 de manière à assurer un contact é- tanche.
Le raccord d'entrée de charbon pulvérisé et d'air primaire 22 est formé dans un bossage du corps de la tuyère. Le bossage est taraudé pour s' assembler à l'extrémité filetée correspondante du conduit 20 et l'axe du raccord 22 et de l'extrémité adjacente du conduit se trouve dans un plan ver- tical commun à l'axe central du corps de la tuyère et de l'ajutage. L'axe du raccord est incliné sur la verticale de 20 degrés approximativement et la décharge se fait dans une chambre 33 formée dans le corps de la tuyère et s' ouvrant dans l'entrée 32 de l'ajutage 27. Le raccord d'entrée 25 de l'air secondaire est également formé dans un bossage du corps de la tuyère et est taraudé pour s'assembler à l'extrémité filetée du conduit 23.
Dans la forme de construction représentée, les raccords 22 et 25 sont parallèles et sont espacés longitudinalement le long du corps de la tuyère, l'axe des deux rac- cords d'entrée se trouvant dans un plan vertical commun à l'axe de l'ajutage 27 et du corps 26. L'air secondaire entrant par le conduit 23 passe dans la chambre 34 et est refoulé par un ajutage à air secondaire 35 dans la chambre 33.
L'ajutage à air secondaire 35 est introduit dans une ouverture entre les chambres 34 et 33 et il est pourvu d'un épaulement 36 s'appliquant sur un rebord usiné 37 formé dans la paroi de l'ouverture qui relie les cham- bres entre elles. Une vis de serrage 38, qui dépasse la paroi de la tuyère pénètre dans une gorge 39 ménagée dans la surface extérieure de l'ajutage de telle sorte que ce dernier peut être bloqué dans une position prédéterminée.
L'alésage de l'ajutage à air secondaire 35 a un diamètre plus petit que celui du conduit d'entrée d'air secondaire 23, de telle sorte que l'air est refoulé par l'ajutage 35 dans la chambre 33 à-une vitesse relativement élevée. Le bec de refoulement de l'ajutage d'air secondaire 35 fait saillie à l'inté- rieur de la chambre 33 et le courant d'air secondaire déchargé par l'ajutage exerce une action éjectrice au raccord d'entrée à la chambre. Un courant an- nulaire de charbon pulvérisé en suspension dans l'air s'écoule dans l'ajutage de refoulement 27 où les courants séparés sont intimement mélangés avant d' être refoulés dans le four.
Comme le laitier figé ou solidifié a tendance à se former sur l'extrémité côté four de l'ajutage de la tuyère, par suite de la température relativement basse du métal de la tuyère résultant de l'effet refroidissant de la chemise d'eau, des dispositions sont prises pour permettre l'introduc- tion d'une barre dans la tuyère en vue de l'enlèvement périodique du laitier solidifié. Le dispositif employé comprend une chambre 40 formée dans l'ex- trémité extérieure du corps 26 de la tuyère et présentant une ouverture de communication 41 avec la chambre 34. L'ouverture 41 est concentrique à l'axe des parties 26 et 27 de la tuyère et est d'un diamètre légèrement supérieur au diamètre extérieur de l'ajutage 35.
La chambre 40 est pourvue d'une pla- que de recouvrement 42 boulonnée à l'extrémité en forme de bride 43 du corps de tuyère 26. Lorsque la plaque 42 est enlevée, on peut remplacer l'ajutage 35 par l'ouverture 41.
La plaque 42 est pourvue d'une lumière centrale 44, d'un obtu- rateur à clapet articulé 45-du côté intérieur de la plaque, susceptible de s'appliquer sur un siège de soupape entourant la lumière, et d'un tube 46 s'
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étendant à l'extérieur de la plaque 42. Le tube 46 et la lumière 44 sont co- axiaux avec l'alésage de l'ajutage 35 et présentent généralement les mêmes dimensions internes. Ainsi, on peut introduire une barre par le tube 46 et la lumière 44 et par l'alésage de l'ajutage pour "ringarder" la scorie solidi- fiée à l'extrémité de refoulement de la tuyère.
Le clapet articulé 45 est pourvu d'un bouton hémisphérique 47 sur sa surface extérieure pour venir en contact avec la barre lorsqu'on introduit celle-ci dans le tube 46 et la lumière 44. Lorsqu'on enlève la barre de la tuyère le clapet 45 revient dans la position de fermeture représentée sur la Fig. 2 par son propre poids, pour obturer hermétiquement la lumière 44 et empêcher l'échappement de l'air et/ou du charbon pulvérisé de la tuyère, . par suite de la haute pression du four.
L'ajutage 27 de la tuyère est fait de deux pièces de telle sorte que l'extrémité de décharge ou le bec 48 peut être remplacé en cas de néces- sité sans devoir remplacer la pièce 50. Toutefois, l'ajutage 27 peut être fait d'une seule pièce, si on le désire. Comme c'est représenté, l'extrémité 32 de l'ajutage de refoulement est pourvue d'une ouverture convergente qui se raccorde graduellement à la surface interne de la chambre 33. La disposition représentée ménage un espace approprié pour assurer le mélange intime du charbon pulvérisé avec l'air avant son refoulement à l'intérieur du four.
A titre d'exemple, mais sans idée restrictive, un four du type décrit est pourvu de deux rangées de sept tuyères. Chaque tuyère est suscep- tible de recevoir le charbon et l'air par des raccords d'entrée d'un diamè- tre interne de 2,5 pouces. L'ajutage secondaire 35, à son extrémité de re- foulement, la lumière 44 et la partie adjacente du tube 46 présentent un dia- mètre interne de 1 1/16 pouce, tandis que les diamètres internes de l'extré- mité de refoulement 48 et de la pièce 50 sont de 1,75 et 2,375 pouces respec- tivement.
Pour les dimensions indiquées, le ringard (non représenté) a un diamètre de 1 pouce. Le jeu étroit entre la tige du ringard et le manchon 46, la lumière 44 et l'ajutage à air secondaire 35, évite toute fuite im- portante à la tuyère pendant l'enlèvement du laitier au bec de la tuyère.
Pendant la phase de chauffage du cycle de fonctionnement du four à fumées l'allure du refoulement de charbon pulvérisé est approximativement de 5. 260 livres par heure, le débit d'air primaire de 8. 620 livres par heure et le débit d'air secondaire approximativement de 30. 000 livres par heure.
Pendant la phase de réduction ou de production des fumées du cycle de fonc- tionnement du four, le débit de charbon est augmenté jusqu'à 7. 635 livres par heure,approximativement et le débit d'air primaire jusqu'à 10. 300 livres par heure, tandis que le débit d'air secondaire est réduit à 18.700 livres par heure approximativement.
La variation du rapport en poids de l'air primaire au charbon de 1,65 à 1,35 approximativement, se trouve dans les limites du débit d'air des pulvériseurs séparés alimentant les tuyères en air primaire et charbon pulvé- risé, de telle sorte que la finesse du charbon préparé est maintenue prati- quement constante, ce qui permet d'éviter une variation de finesse qui pour- rait altérer le rendement de la combustion.
La réduction d'approximativement 50% du débit d'air secondaire pendant la phase de réduction du cycle de fonctionnement du four n'altère pas d'une manière préjudiciable le fonctionnement des tuyères et permet l'emploi du ringard d'enlèvement du laitier solidifié sans "retour de courant" du com- bustible débité par les tuyères, jusqu'ici lorsque les tuyères étaient em- ployées dans les mêmes conditions, elles permettaient l'échappement de char- bon pulvérisé et d'air à l'extérieur par une ouverture de ringardage, lorsque les tuyères étaient nettoyées pendant la phase de réduction du cycle de fonc-
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tionnement du four,ce qui nuisait sérieusement à la rapidité et l'efficaci- té de la manoeuvre.
REVENDICATIONS.
1. Tuyère pour mélanger de l'air primaire chargé de combustible pulvérisé et de l'air comburant secondaire et refouler le mélange pour la' combustion dans une zone à pression superatmosphérique, caractérisée en ce qu'une partie constituant le corps, pourvue d'une première chambre pour l'en- trée de l'air secondaire et d'une seconde chambre pour l'entrée de l'air pri- maire chargé de combustible pulvérisé, est munie d'un ajutage éjecteur reli- ant les chambres entre elles et susceptible d'exercer par l'intermédiaire du courant d'air secondaire allant de la première chambre à la seconde une ac- tion d'éjection, à l'entrée de l'air primaire et du combustible pulvérisé dans la seconde chambre,
tandis qu'une lumière normalement fermée par un dis- positif obturateur est destinée à permettre le passage d'un ringard introduit de l'extérieur du corps par la lumière de l'ajutage éjecteur et l'extrémité de décharge de l'air et du combustible de la tuyère et est susceptible d'être fermée ou pratiquement fermée par le ringard ,lorsque celui-ci y est intro- duit.
2. Tuyère pour mélanger de l'air primaire chargé de combustible pulvérisé et de l'air comburant secondaire et refouler le mélange pour la com- bustion dans une zone à pression superabmosphérique, caractérisée en ce qu'u- ne partie constituant le corps, pourvue d'une première chambre pour l'entrée de l'air secondaire et d'une seconde chambre pour l'entrée de l'air primaire chargé de combustible pulvérisé, est munie d'un ajutage éjecteur reliant les chambres entre elles et susceptible d'exercer par l'intermédiaire du courant d'air secondaire allant de la première chambre à la seconde une action éjec- trice à l'entrée de l'air primaire et du combustible dans la seconde chambre,
tandis qu'une lumière sous forme d'un conduit de notable longueur et norma- lement fermé par un dispositif obturateur est destinée à permettre le pas- sage d'un ringard introduit de l'extérieur du corps par la lumière de l'aju- tage éjecteur et l'extrémité de refoulement d'air et de combustible de la tuy- ère, l'ajutage et la lumière présentant des alésages ayant les mêmes ou à peu près les mêmes formes en coupe transversale et les mêmes dimensions.
