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Procédé et dispositif pour le fonctionnement d'installations de chaudières à vapeur comportant des accumulateurs d'eau d'alimentation à pression égale.
La présente invention a pour objet un nouveau procédé pour le fonctionnement d'installations de chaudières à vapeur à accunulateurs d'eau d'alimentation à pression égale, procédé dans lequel l'eau d'alimentation amenée à l'accumulateur est chauffée d'une manière connue, avant l'introduction dans la chaudière, par condensation de vapeur amenée de la chaudière, jusqu'à la température de saturation;
l'invention concerne également un dispositif destiné à laréalisation de ce nouveau procédé*
Dans les accumulateurs connus d'eau d'alimentation à pression égale qui sont montés dans les installations de chaudières à vapeur et qui comportent un niveau toujours constant de l'eau et un réchauffeur à mélange, il se produit toujours, en vue d'une alimentation uniforme ou approximati-
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vement uniforme, de propos délibéré, une stratification de l'eau à des températures différentes qui est Introduite dans l'accumulateur à l'état froid ou réchauffée dans des économiseurs jusqu'à un certain degré.
La stratification de l'eau se pro- duit alors tout à fait d'elle-même par suite de la différence dans le poids spécifique qui est propre aux différentes couches dbeau à des températures différentes. On considère comme essen- tiel et décisif, dans ces installations connues, pour la produo- tion d'une compensation aussi bonne que possible du débit, qu'en toutes circonstances il se produit une séparation aussi nette que possible de l'eau d'alimentationsupérieure chauffée jusqu'à la température de saturation, de l'eau Inférieure peu chauffée seulement.
Pour obtenir cette séparation d'une manière aussi parfaite que possible, on a prévu dans ces accumulateurs d'eau connus des pièces intérieures particulières qui empêchent efficacement tout mélange de couches d'eau de températures dit- férentes.
Cette disposition en couches effectuée volontairement dans les installations connues, ou cette séparation de l'eau d'alimentation remplissant l'accumulateur suivant ces tempéra- tures, a toutefois de graves inconvénients. Le principal de ces inconvénients consiste en ce que le corps de l'accumulateur est soumis dans ses différentes couches en hauteur à de fottes dif- férences de température qui sont les plus grandes au tond de l'accumulateur et qui conduisent, en fonctionnement, à des tensions considérables et à des flexions du corps de l'accumu- lateur et provoquent par conséquent des défauts d'étanchéité qui suppriment la sécurité de fonctionnement. Par suite de la connaissance de cet inconvenant, dans toutes les installations connues du genre mentionné,
les accumulateurs d'eau d'alimenta- tion à pression égale de réalisation prescrite sont toujours utilisés seulement en construction verticale, c'est-à-dire plaças debout, car dans cette forme de réalisation les inconvénients connus provenant des tensions thermiques et des flexions du corps
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de l'accumulateurse font sentir de la façon la moins nuisible*
La présente invention concerne un nouveau mode :le fonctionnement d'installation de chaudières a vapeur répondant mieux aux besoins de la pratique, comportant l'emploi d'un ac- cumulateur d'eau d'alimentation à pression égale, et elle est établie principalement pour l'emploi d'accumulateurs d'eau d'alimentation disposés horizontalement.
De semblables accu- mulateurs présentent des avantages à plusieurs points de vue sur les accumulateurs verticaux. Ils sont en premier lieu plus simples et montés en état de fonctionnement à beaucoup moins de frais et offrent en outre la possibilité d'employer pour des accumulateurs d'eau d'alimentation, sans ,autre transformation, des chaudières à tubes de flammes existant dans l'ins- tall ation et retiré es du,fonctionnement, mais encore encas- trées dans la maçonnerie.
Suivant la présente invention, ces accumulateurs d'eau d'alimentation travaillent avec un niveau d'eau variable, c'est-à-dire un remplissage variant fortement et avec amenée constante de l'eau d'alimentation dans une direction aussi bien pour la forte consommation de vapeur que pour la minime consommation de vapeur, c'est-à-dire dans les pauses du fonc- tionnement; l'amenée de l'eau dans l'accumulateur se fait de telle manière que les économiseurs montés dans l'installation de chaudières ne fournissent, moyennant un étranglement appro- prié du courant d'eau d'alimentation qui les traverse, qu'une partie de la quantité d'eau d'alimentation envoyée à l'accumu- lateur et la conduisent avec un courant aussi uniforme que possible directement dans la chambre d'eau de l'accumulateur.
La partie restante de l'eau d'alimentation nécessaire est introduite dans les périodes de petites consommations de vapeur en contournant les économiseurs, dans la chambre de vapeur de l'accumulateur d'eau d'alimentation. En même temps, le contenu de l'accumulateur est mis en circulation par le fait que cette partie de l'eau est introduite par le haut dans la chambre de @
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vapeur de l'accumulateur, Dans ce procédé, la compensation complète du débit pour l'installation de chaudières à vapeur est produite par le fait que dans les périodes de minimes consomma- tions de vapeur de l'eau froide contournant l'économiseur et de l'eau :
il accumulateur prise à la partie inférieure de 19 accu- mulateur sont amenées vers la chambre supérieure remplie de va- peur de l'accumulateur et qu'en outre, de l' eau prise du bas à l'accumulateur est envoyée aux chaudières. La circulation du contenu de l'accumulateur ainsi que l'amenée de l'eau froide en contournant l' économiseur peuvent en o utre être renforcées à volonté.
Le réglage par lequel la dérivation d'eau froide ainsi que la mise en circulation et l'extraction d'eau d'alimentation de la chambre inférieure de l'accumulateur sont effectuées, peut se faire automatiquement sous la dépendance de la tension de la vapeur de la chaudière,,
Dans la présente invention on renonce de prime abord à la disposition connue par couches du contenu de l'accumulateur suivant ses différentes températures et pour autant que par l'eau d'alimentation amenée il prend naissance une différence de température inadmissible entre la chambre de vapeur et la chambre d'eau de l'accumulateur,pour éviter des tensions dans le corps de l'accumulateur, on effectue à travers la chambre de vapeur une circulation faible,
passagère et servant simplement à rapprocher la température entre l'eau d'alimentation intro- duite et l'eau de 1' accumulateur, par le fait que l'eau est mise en circulation par elle-même de haut en bas ou en sens Inverse de bas en haut.
Le réglage par lequel cette dernière mise en circulation provenant d'une différence de température est effectué peut être entrepris automatiquement sous la dé- pendance du dépassement de la différence de température ou par la pression de la chaudière ou sous la dépendance de ces deux facteurs à la fois.,
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La mesure consistant en ce que les endroits d'amnée de l'eau d'alimentation dans l'accumulateur et les endroits d'extraction de l'eau chaude envoyée aux chaudières sont for- tement séparés l'un de l'autre dans l'accumulateur d'eau d'a- limentation agit également dans le sens le plus favorable- Cn a ainsi la certitude que dans les périodes de forte consomma- tion de vapeur, les chaudières ne reçoivent autant que possi- ble que de l'eau à la température de la vapeur.
Dans le même sens agit également l'extraction de l'eau dans l'accumulateur à la surface du niveau d'eau.
Contrairement à d'autres modes de fonctionnement con- nus, dans lesquels le chargement de l'économiseur se fait avec des variations périodiques intenses ou bien uniformément con- formément à une consommation moyenne de vapeur, il se produit dans l'objet de la présente invention un étranglement de la quantité d'eau d'alimentation envoyée aux économiseurs ou à l'accumulateur, qui se trouve compris dans un volume valant de 50 à 100% de la consommation moyenne de vapeur. L'économiseur échauffe par conséquent l'eau d'alimentation à une température notablement plus élevée que ce n'est le cas dans les modes de fonctionnement connus.
En même temps, la présente invention entraîne à côté de la meilleure utilisation ainsi produite des gaz de fumée, la possibilité avantageuse d'envoyer pour le remplissage de l'accumulateur principalement de l'eau froide en quantité correspondante, en contournant l'économiseur, directement dans la chambre de vapeur de l'accumulateur* De ce fait, la présente invention procure encore l'avantage supplé- mentaire que de cette manière la quantité totale d'eau d'ali- mentation amenée à l'accumulateur est diminuée et par consé- quent aussi l'installation d'accumulateur elle-même peut être maintenue plus petite.
Ceci s'explique par le fait connu que cette quantité d'eau de chargement est dépendante de la tempé- rature de l'eau de charge ; comme on le sait pour une tempéra- ture de l'eau de charge de 140 , la quantité d'eau nécessaire
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pour précipiter ou condenser une tonne de vapeur vaut 2,85 mètres cubes tandis que pour une température de 10 de l'eau de charge, il faut seulement 1,1 mètre cube. Pour cette raison l'accumulateur même peut avoir des dimensions notablement plus petites par suite du chargement à froid prévu suivant la présente invention.
Si l'on employait dans les deux cas, c'est-à-dire aussi bien en cas d'alimentation à froid qu'en cas d'alimentation à chaud, des chambres d'accumulateur de même grandeur, l'accumulateur serait en cas d'eau chaude rempli en un temps plus court, lors du chargement, dans le-rapport des chiffres indiqués ci-dessus, qu'en cas d'alimentation à froid, Par conséquent, en cas d'alimentation à froid le fonctionnement uniforme de la chaufferie peut s'effectuer en un temps corres- pondant plus long qu'en cas de chargement à l'eau chaude*
Le dessin représente à titre d'exemple schématiquement un dispositif pour la réalisation du nouveau procédé de fonc- tionnement.
Comme on le voit au dessin, les chaudières 1 sont pourvues d'un surchauffeur 2 d'ou la vapeur de chaudière passe dans la conduite :le vapeur 3 de l'exploitation* Cette dernière conduit par un branchement 4 dans la chambre devapeur d'un accumulateur d'eau d'alimentation horizontal 5 où la vapeur est condensée, pendant les périodes :le forte pression, par de l'eau froide finement divisée amenée entre autres par la conduite de contournement 7 faisant le tour de l'économiseur 6, et de cette manière l'eau d'alimentation amenée est échauffée jusqu'à la température de saturation correspondant à la pres- sion de la chaudière.
Comme on l'a déjà mentionné plus hait, l'eau froide tome seulement une partie de la quantité d'eau d'alimentation amenée à l'accumulateur car l'autre partie de cette eau-. est Introduite par la pompe d'alimentation 8 au moyen de la conduite 9, de l'économiseur 6 et de la conduite 10 à une extrémité de l'accumulateur (à droite sur la figure), dans la partie inférieure de la chambre d'eau de l'accumulateur.
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Au contraire, l'eau chaude servant ppur l' alimentation des chaudières 1, qui est contrôlée par le régulateur de niveau d'eau 11 et peut se faire à la main ou automatiquement, est prise à l'autre extrémité de l'accumulateur (à gauche sur la :Cigare) à peu de distance en-dessous du niveau d'eau au moyen d'une conduite d'aspiration 13 (analogue à un tuyau souple) de construction mobile, portée par un flotteur 12, pour être envoyée par la conduite 14 dans la pompe à eau chaude 15 qui la refoule par la conduite 16 dans les chaudières 1.
Dans les pauses, c'est-à-dire dans les périodes de minime consommation, la pompe à eau chaude 15 extrait, au lieu d'eau chaude de la surface du niveau de l'eau, par la conduite 17 entrant dans la partie inférieure de la chambre d'eau de l'accumulateur, de l'eau plus froide et l'envoie aux chaudières pour raccourcir l'opération de circulation même et s'opposer à une augmenta- tion de pression des chaudières. Par le déplacement de la sortie de l'eau de l'accumulateur du niveau de l'eau vers le fond de l'accumulateur, on favorise en outre l'équilibrage de la température et la quantité d'eau chaude à la température de la vapeur à la surface du niveau d'eau est augmentée en concordance pour les périodes de consommation élevée de vapeur.
A cet effet, on a disposé devant la pompe à eau chaude 15, au point de liaison des conduites 14 et 17 et 13, un robinet à deux voies 18 qui est commandé automatiquement sous la dépendance de la pression de la chaudière avec d'autres ro- binets servant à l'équilibrage du débit ou à la circulation de 1' eau, et qui lors de son ouverture par la pression de la chaudière libère le passage de 17 vers 14et coupe de ce fait l'arrivée de 13 vers 14.
Lors de la mise en circulation du contenu de l'accu- mulateur sous la dépendance de la pression , l' eau prise à l'accumulateur à la partie inférieure et transportée par les conduites 17,20 au moyen de la pompe¯de circulation 21 ou,
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lorsquecette dernière n'existe pas, l'eau prise à la conduite d'alimentation d'eau chaude 16, est envoyée par une conduite de refoulement 22 dans la conduite d'eau froide 7 contournant l'économiseur et de là dans la chambre de Tapeur de l'aocmu- 'lateur.
Dans les périodes dans lesquelles il y a un excès de vapeur, une soupape àrégulateur de pression 27 disposée dans la conduite de refoulement 22 ainsi qu'une soupape a régulateur de pression 29 disposée dans la conduite d'eau froide 7 sont ouvertes plus ou moins fortement en concordance avec la quantité de vapeur en excès, et sont ouvertes d'autant plus fortement que la quantité de vapeur est plus grande, de sorte que le pas- sage d'eau dans la chambre de vapeur de l'accumulateur est dé- gagée En même temps le robinet à deux voies disposé dans la conduite d'aspiration 14 est commandé de telle manière qu'on envoie aux chaudières de l'eau de la partie inférieure de l'accumulateur. Inversement, lo rsqu' il y a pénurie de vapeut,
la circulation du contenu de l'accumulateur ainsi que l'amenée d'eau froide sont étranglées ou ooupées complètement et en même temps uhe inversion de l'extraction d'eau d'alimentation des chaudières de la chambre d'eau Inférieure de l'accumulateur vers la surface du niveau de l'eau est produite*
Un équilibrage aussi convenable que possible du débit de l'accumulateur d'alimentation est obtenu lorsque le réglage est effectué simultanément aux endroits mentionnés.
Pair la mise en circulation de l'eau suivant la tem- pérature, on dispose uniquement de considérations pratiques.On supposera par exemple que l'installation de chaudières se trou- ve sous une pression de 15 atm. correspondant à une température de saturation de 200 , On peut renoncer à effectuer la circula- tion de telle manière qu'on obtienne une compensation complète de température ehtre la chambre de vapeur et la chambre d'eau inférieure de l'accumulateur. on peut au contraire se limiter à permettre en s'appuyant sur les conditions connues dans les
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chaudières à tubes de flammes qui travaillent avec des dimen- sions et des pressions analogues, dans le cas mentionné ci- dessus une différence de température d'environ 15 .
Suivant le dessi, on a disposé pour la mise en circu- lation du contenu de l'accumulateur d'après la température un thermostat 19 se trouvant à peu près au milieu de la longueur du fond de l'accumulateur. Le thermostat 19 influence un rpbi- net 26 qui est disposé derrière la pompe de circulation 21, dans la conduite de refoulement 22 de celle-ci, dans une déri- vation 28. Lors de l'ouverture de ce robinet 26, c'est-à-dire lorsque la différence de température est dépasse l'eau ex- traite par la conduite 17 au milieu :le la longueur de l'accu- mulateur dans la chambre 3' eau inférieure de celui-ci est in- troduite à l'état finement divisé par cette dérivation 28 dans la chambre de vapeur de l' accumulateur.
Si l'on voulait alors pour la pression de chaudière de 15 atm. supposée comme exemple et pour une température de saturation de 2002, chauffer l'eau 3' alimentation dans l'éco- nomiseur 6 à environ 140 et l'envoyer alors à l'accumulateur il resterait dans ce dernier entre la chambre de vapeur et la chambre d'eau une différence de température de 602 que, suivant l'expérience on doit considérer comme peu avantageuse pour une longue durée d'existence de l' accumulateur.
Suivant la présente invention, moyennant un étran- glement de l'écoulement de l'eau à travers le ou les écono- miseurs par fermeture partielle du robinet 10' disposé der- rière l'éonomiseur 6 dans la conduite d'alimentation 10, réchauffement de l'eau d'alimentation dans ces économiseurs, éventuellement en échauffement étagé, est poussé jusqu'au point encore compatible avec la résistance de ce réchauffeur à gaz de fumée pour des raisons de sécurité de fonctionnement, dans l' exemple proposé à peu près jusque 180 , pour autant que l'économiseur permette cette température.
Dans les périodes de
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haute pression, en vue d'une conservation uniforme de la pres- sion pour un chauffage restant approximativement identique, un robinet 30 disposé dans la conduite de dérivation d'eau froide 7 de l'économiseur est également ouvert sous la dépen- dance de la pression de vapeur, dans le cas où cela est jugé nécessaire en vue d'assurer ainsi une amenée renforcée d'eau froide dans la chambre de vapeur, formant réchauffeur à mélange de l'accumulateur.
La mise en circulation de l'eau de l'accumulateur peut également se faire, dans les mêmes hypothèses, en s'écar- tant du mode décrit plus haut, de telle manière que l'eau ex- traite par le bas de l'accumulateur au lieu de circuler par la chambre de vapeur est envoyée directement au niveau d'eau variable de sorte que le contenu de l'accumulateur est mis en circulation sur lui-même. Dans ce but, la conduite de refoulement 22 de la pompe de circulation 21, au lieu d'abou- tir dans la conduite d'eau froide 7 est introduite par le chemin le plus court sous la forme d'une conduite 22' dans l'ac- cumulateur, par le bas.
Dans cette longueur de tuyau 22' est intercalé un robinet à thermostat 26' commandé sous la dépen- dance du thermostat 19 et en outre dans une dérivation 28' contournant ce robinet, on a Introduit un robinet automatique à régulateur de pression 27' placé sous la dépendance de la pression de vapeur, ces robinets dégageant l' accès v ers l'accu- mulateur Indépendamment l'un de l'autre. ! l'intérieur de l'ac- cumulateur, la conduite :le refoulement 22' est raccordée au moyen d'une conduite 23 mobile, par exemple sous la forme d'un tuyau souple métallique, à un tuyau de sortie 24 qui est suppor- té par le flotteur 25 toujours à la surface du niveau de l' eau.
Ce mode de circulation de l'eau sur elle-même décrit en dernier lieu sous la dépendance de la température a l'avantage que dans les périodes de forte consommation de vapeur, contraire-- ment à la réalisation décrite précédemment, 11 ne se produit p@
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de condensation de vapeur.
Ce dispositifest représenté en pointillé sur la figure.
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Rgv g3, , ç a.S.gs . 1/Procédé pour le fonctionnement d'installations de chaudières à vapeur avec accumulateur d'eau d'alimentation à pression égale, dans lequel l'eau d'alimentation est chauffée avant l'introduction dans la chaudière, par condensation de vapeur amenée de la chaudière, jusqu'à la température de saturation et comportant un économiseur disposé dans la conduite d'ali- mentation, caractérisé en ce que constamment, c'est-à-dire aussi bien lors du chargement que lors du déchargement, une quantité d'eau maintenue petite par étranglement est envoyée
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avec un 'chau:f't'ement relativement plus élevé, en passantpar l'économiseur (6), à la partie inférieure de l'accumulateur (5) et en cas de consommation minime de vapeur le contenu :
le l'accumulateur est, moyennant une mise en circulation, intro- duit à l'état finement réparti à la partie supérieure dans la chambre de vapeur de l'accumulateur avec de l'eau froide envoyée en contournant l'économiseur en quantité appropriée à l'excès de vapeur, et de l'eau extraite à la partie inférieure de l'accumulateur est envoyée au moyen de la pompe à eau chaude (15) dans les chaudières, tandis qu'inversement, en cas de consommation élevée de vapeur, l'amenée 3'eau :
le circula- tion et d'eau froide vers la chambre de v apeur de l'accumula- teur est étranglée ou complètement arrêtée et les chaudoères re reçoivent plus d'eau chaude qqe de la surface du niveau d'eau, par le fait que l'extraction d'eau d'alimentation pour les chaudières est reportée du fond de l'accumulateur vets la sur- face du niveau de l' eau, du coté opposé à celui de l'arrivée
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