<Desc/Clms Page number 1>
CHAMBRES DE COMBUSTION A CENDRES FONDUES
La présente invention a pour objet des chambres de-combustion dans lesquelles on provoque la fusion des cendres, chambres caractérisées principalement par le fait que leur paroi inférieure est pourvue d'une ou de plusieurs ouvertures d'écou- lement des cendres fondues et que ces ouvertures sont limitées par des anneaux ou cadres creux protégés contre les échauffe- ments exagérés et l'action des cendres fondues au moyen d'une circulation d'eau et aussi, éventuellement, par des dispositifs protecteurs externes .
La description qui,va suivre, en regard du dessin annexé donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée .
La fig.l est une coupe verticale partielle d'une chambre de combustion pour foyer de chaudière , à laquelle l'invention a été appliquée ; la fig. 2 est, à plus grande échelle , une vue en plan avec coupe partielle d'un détail de la fig.l; les fig. 3 et 4 dont des coupes verticales par III-III et par IV-IV de la fig. 2.
Les fig. 5 et 6 sont des coupes, similaires aux fig. 3 et 4, d'une variante de la réalisation de l'invention ;
<Desc/Clms Page number 2>
les fig. 7 et 8 représentent, en coupe longitudinale et en plan une autre variante de la réalisation représentée fig.l et 2 .
Les fig. 9 et 10 représentent en coupe verticale et en plan un autre mode de réalisation dans lequel le cadre de l'ouverture est constitué par des tubes de circulation, mode dont les fig.11,12,13,14,15,16,17 et 18 représentent à plus grande échelle des variantes comportant divers modes de pro- tection du cadre contre l'action du laitier .
Les fig.19 et 20 représentent encore un autre mode de réalisation, dont les fig.21 et 22 représentent une variante
Dans l'installation représentée fig.l, la chambre de combustion A d'un foyer de chaudière, est pourvue de brû- leurs B à combustible pulvérulent, par exemple à charbon pulvé- risé, dirigés vers le bas afin de provoquer la fusion des cen- dres qui tombent dans le fond de la chambre .Les parois latéra- les de la chambre de combustion sont protégées contre l'excès de température par des tubes vaporisateurs 9, 10, 11 qui peu- vent être munis d'ailettes .
Le fond 0 de la chambre est éga- lement protégé par des tubes de circulation d'eau 21 approxi- mativement horizontaux ; la longueur de certains d'entre eux est intercalé, à l'endroit où l'on veut provoquer l'évacua- tion des cendres fondues ,un anneau ou cadre creux ,par exem- ple en acier moulé, de forme quelconque mais de préférence circulaire, 12, dont l'ouverture centrale 13 servira à l'écou- lement du laitier formé par la fusion des cendres .
La paroi externe 15 de l'anneau 12 est de préfé- rence de forme circulaire et pourvue de tubulures 16 auxquelles sont raccordés par soudage les tronçons des tubes de circula- tion de circulation d'eau correspondants . Dans l'exemple re- présenté fig.l , cet anneau est situé près d'une des parois de
<Desc/Clms Page number 3>
la chambre A et est voisin d'un collecteur de la chaudière, 20, auquel aboutissent des tubes de retour d'eau 22 ; tronçons de tubes 17,.très courts, peuvent être horizontaux ; lestronçons 18, plus longs, auront de préférence une légère pente ascendante vers le collecteur 19 auquel ils sont raccordés de même que les tubes ininterrompus 21, cette pente facilitant l'évacuation par le collecteur 19 et les tubes de montée 9 de toute vapeur formée dans les tronçons 17,18, ou dans l'anneau 12.
La section transversale simple de l'anneau 12 est de préférence égale ou à peu près égale à la somme des sections transversales des tronçons de tubes 17 qui y aboutissent et à la somme des sections des tronçons de tubes 18, afin de ne provoquer dans cet anneau ni étranglement, ni ralentissement du courant d'eau qui y est amené et en est emmené par les tubes qui y abou- tissent .
La section transversale simple de l'anneau 12 est de préférence de forme approximativement triangulaire, avec une portion supérieure 23 très étroite et une paroi interne 24 très inclinée ; cette disposition se prête à ce que le laitier ne séjourne.pas sur l'anneau ; de la paroi 24 fait que celle-ci absorbe beaucoup de chaleur rayonnée par la flamme des brûleurs et que le laitier, par suite, ne s'y coagule pas et s'écoule rapidement .
La forme de l'anneau 12 est aussi calculée de fa- çon que sa surface en contact avec le laitier soit approxima- tivement égale à celle que présenteraient au laitier, dans le même espace, les portions qui s'y trouveraient si les tronçons 17 et 18 étaient raccordés directement ; de la sorte, la circu- lation dans les tubes raccordés à l'anneau 12 est sensiblement la même que dans les autres tubes 21 du fond0de la chambre, leur
<Desc/Clms Page number 4>
chauffage étant le même .
Les tubulures 16 de raccordement des tronçons de tubes 17 et 18 à l'anneau 12 sont situées à la partie supérieure de la section de l'anneau, afin d'éviter dans celui-ci la formation et la stagnation de poches de vapeur .
Les intervales qui séparent les uns des autres les tubes 21, les tronçons de tubes 17 et 18, peuvent être fermés par des ailettes 25 fixées à ces tubes ; sur ces ailettes ,on peut en outre disposer des matières réfractaires 26, fig. 5et 6, telles que la chromite qui unit à ses propriétés réfractaires une bonne conductibilité thermique . Cette couche de produits réfrac- taires sera de préférence en affleurement avec le dessus de l'an- neau 12 afin que le laitier s'écoule à mesure de sa formation .
Afin que la présence de l'anneau 12 ne provoque aucune perturbation de la circulation d'eau dans les tubes continus voi- sins, on peut trouver préférable dans certains cas de prévoir dans cet anneau et les tronçons de tubes qui s'y raccordent, une circulation indépendante . C'est ce qu'on a représenté dans les fig. 7 et 8 . Ici, contrairement au cas de la fig.l, l'énneau d'é- coulement de laitier ,12, est disposé au milieu du fond de la chambre de combustion . Cet anneau est raccordé d'une part par des tronçons de tubes 31 au ballon inférieur 27 et, d'autre part, par les tronçons de tubes 32 à un collecteur 29 de la chaudière d'où partent des tubes vaporisateurs 30. Le ballon 27 et le collecteur 29 sont en outre reliés par des tubes continus 33 . Les tubes 33 et les tronçons 31 et 32 ont de préférence une légère pente as- cendante vers le collecteur 29.
Le collecteur 29 est divisé sur sa longueur en trois parties 29a, 29b ,29c, séparées par des cloisons 29d et à chacune desquelles correspondent des tubes va- porisateurs 30, de sorte que les tronçons de tubes 31 et 32 ont
<Desc/Clms Page number 5>
leur circulation propre, indépendante de celle des tubes 33.
Dans le dispositif représenté fig. 9 et 10, l'anneau ou cadre creux limitant l'ouverture d'écoulement 13 du laitier est formé au moyen de deux des tubes de circulation 36, cintrés en sens contraire l'un de l'autre pour délimiter chacun la moi- tié de l'ouverture 13; les tubes 21 voisins, de part et d'autre de l'ouverture 13 sont déviés dans des mesures décroissantes pour garder au faisceau tubulaire le plus d'homogénéité possible .
Dans cet exemple, les tubes de circulation du fond C de la chambre A sont alimentés en eau à partir d'un collecteur 34 , alimenté lui-même au moyen de tubes de retour d'eau de la chaudière 35; ils ont une légère pente ascendante vers le col- lecteur 20. Le collecteur 19 peut être alimenté par des tuyaux le reliant au collecteur 34. Les tubes 21 peuvent être pourvus d'ailettes 25, jointives ou à peu près jointives , et recouverts de matière réfractaire 26 formant une sole plane ou légèrement en pente descendante vers l'ouverture 13 .
Dans ce cas, la forme préférée pour la paroi de l'ou- verture 13, soit conique comme dans les cas décrits plus haut: soit à génératrice légèrement convexe comme représenté en 37 fig.
12, est obtenue par exemple au moyen de matière réfractaire, mi- nerai de chrome ou autre, maintenu en place au moyen de saillies ou ailettes continues ou discontinues 38, 39, 40 fixées sur les tubes 36. de préférence,l'ailette supérieure 38 est continue et l'ailette inférieure 39 est continue ou formée de fragments jointifs; l'ailette 39 est de préférence légèrement inclinée vers le bas à partir des tubes 22 afin de favoriser la chute du laitier ; les ailettes 40 sont de préférence discontinues et for- mées de fragments disposés en chicane d'une ailette à l'autre comme on l'a représenté fig.ll. Pour fermer les extrémités 41 de
<Desc/Clms Page number 6>
l'ouverture 13, des ailettes 42 sont fixées transversalement aux tubes 36;
elles sont en chicane et s'élèvent un peu plus haut que les ailettes 38 afin quele laitier passe de préférence par les endroits autres que les extrémités 41.
Un autre mode de réalisation, représenté par les fig.14,15 et 16, consiste à protéger les parties cintrées des tubes 36 au moyen de blocs réfractaires 43 fixés par coulée, scellement, ou autrement, sur ces parties de tubes Des broches 44 chassées entre ces blocs assurent l'étanchéité des joints qui les séparent.
Les endroits 41, fig.ll, de l'ouverture 13 , pou- vant constituer des points faibles plus exposés que d'autres à la détérioration par le laitier, on peut aussi adopter le mode de réalisation suivant, représenté par les fig.17 et 18 : ces endroits 41, on coupe les coudes des tubes 36 qui raccordent leurs parties rectilignas aux parties cintrées 36a et on les remplace par des boites raccord 44, par exemple en acier moulé, dans lesquelles les extrémités des portions de tubes 36 et 36 a sont fixées de façon étanche, par soudage ou autrement.
Chaque boite 44 comporte deux cavités 45 dont chacune correspond à l'un des dieux tubes 36 et établit la communication entre une partie rectiligne de celui-ci et la partie cintrée 36a corres- pondante ,qui peut être protégée contre l'action du laitier de toute façon appropriée, par exemple par des matières réfrac- taires maintenues en place par des alites 38,39,40 , comme dans le cas des fig.ll et 12. De même, les surfaces des boites 44 situées vers le haut et à l'intérieur de l'ouverture 13 peuvent être pourvues d'ailettes ou de nervures 46 entre lesquelles on fixera des matières réfractaires .
Dans l'installation représentée par les fig.19 et 20
<Desc/Clms Page number 7>
on a adopté des dispositions propres à améliorer encore la cmrcu- lation de l'eau et à réduire encore les risques de formation de poches de vapeur . L'ouverture d'écoulement du laitier est au milieu du fond C de la chambre de combustion A. Ici, les tubes 47 qui constituent la plus grande partie du fond C ne vont pas du collecteur 19 au collecteur 20 ,mais partent de collecteurs 48 placés sous le fond C qu'ils relient par des parties cintrées 49 et des portions horizontales ou, de préférence, légèrement ascendantes , 50, respectivement aux collecteurs 19 et 20, formant ainsi deux nappes jointives , sensiblement égales et situées sen- siblement dans e prolongement l'une de l'autre.
Le cadre creux 51 de l'ouverture d'écoulement du lai- tier, par exemple en acier moulé, est de préférence constitué de deux moitiés se raccordant dans le plan vertical qui sépare les deux nappes de tubes 50; chacune de ces deux moitiés est raccordée d'une part, par des tubes cintrés 52, à des collecteurs inférieurs 53 disposés dans l'alignement des collecteurs 48 et, d'autre part, par des tubes 54 comportant une partie cintrée et une partie rectiligne située dans le plan des nappes de tubes 50 voisines, aux collecteurs 19 et 20 ; tubes 54 sont branchés à la partie supérieure des moitiés du cadre 51 de manière à éviter la possibilité de formation de toute poche de vapeur stagnante .
Le cadre creux 51, au lieu d'être en deux pièces , peut être fait d'une pièce divisée intérieurement par une cloison.
Les collecteurs 48 et 53 sont alimentés en eau par des tubes de retour 55 venant de la chambre d'eau de la chaudière.
Les collecteurs 48 et le collecteur 53 situé dans un même aligne- ment peuvent ne former qu'un seul collecteur, quoiqu'il soit pré- férable de les séparer afin d'assurer dans le cadre 51 et les tu- bes 52 et 54 une circulation indépendante de celle des tubes 47.
<Desc/Clms Page number 8>
Les tubes 50 et 54 peuvent être, comme dans les cas décrits plus haut, pourvus d'ailettes longitudinales 25 ; ils meuvent être recouverts d'une couche de matière réfractaire 26, dont on peut aussi remplir le creux 56 existant entre les por- tions supérieures des cintres 49.
La variante représentée par les fig. 21 et 22 diffère de celle que représentent les fig. 19 et 20 en ce que l'ouver- ture d'écoulement du laitier est située près d'une des parois verticales de la chambre de combustion et que les tubes 47 avec leurs collecteurs 43 sont remplacés par des tubes droits con- tinus 21 analogues aux tubes 21 de la fig.l . Comme on l'a re- présenté fig. 22, le collecteur 20 peut être divisé en plusieurs compartiemants par des cloisons 56, un de ces compartiments étant réservé pour les tubes 54 qui y aboutissent afin d'assurer une circulation indépendante de l'eau dans ces tubes et les tubes de montée , ou vaporisateurs, 10, correspondants . On peut faire de même dans le collecteur 19 .
Des modifications de détail peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits sans que pour cela on sorte nécessairement du cadre de l'invention .
Il est à remarquer que le foyer, munis d'une chambre de combustion conforme à l'invention, peut avoir un but prin- cipal tout autre que le chauffage de la chaudière dont la circu- lation d'eau est utilisée pour le refroidissement du cadre de l'ouverture d'écoulement du laitier ; en d'autres termes la chaudière peut -être un accessoire incorporé dans une installa- tion da foyer destinée principalement à d'autres usages ther- miques .
<Desc / Clms Page number 1>
MELTED ASH COMBUSTION CHAMBERS
The present invention relates to combustion chambers in which the ash is caused to melt, chambers characterized mainly by the fact that their lower wall is provided with one or more openings for the flow of the molten ash and that these openings are limited by rings or hollow frames protected against excessive heating and the action of molten ash by means of water circulation and also, possibly, by external protective devices.
The description which will follow, with reference to the appended drawing given by way of example, will make it clear how the invention can be implemented.
Fig.l is a partial vertical section of a combustion chamber for a boiler hearth, to which the invention has been applied; fig. 2 is, on a larger scale, a plan view with partial section of a detail of fig.l; figs. 3 and 4 including vertical sections by III-III and by IV-IV of fig. 2.
Figs. 5 and 6 are sections, similar to FIGS. 3 and 4, of a variant of the embodiment of the invention;
<Desc / Clms Page number 2>
figs. 7 and 8 show, in longitudinal section and in plan, another variant of the embodiment shown in fig.l and 2.
Figs. 9 and 10 show in vertical section and in plan another embodiment in which the frame of the opening is constituted by circulation tubes, of which the fig.11,12,13,14,15,16,17 and 18 show on a larger scale variants comprising various modes of protection of the frame against the action of the slag.
Figs. 19 and 20 show yet another embodiment, of which figs. 21 and 22 show a variant
In the installation shown in fig.l, the combustion chamber A of a boiler hearth is provided with burners B with pulverulent fuel, for example pulverized coal, directed downwards in order to cause the fusion of the ash which falls to the bottom of the chamber. The side walls of the combustion chamber are protected against excess temperature by vaporizing tubes 9, 10, 11 which may be fitted with fins.
The bottom 0 of the chamber is also protected by approximately horizontal water circulation tubes 21; the length of some of them is interposed, at the place where it is desired to cause the evacuation of the molten ash, a ring or hollow frame, for example of cast steel, of any shape but preferably circular, 12, the central opening 13 of which will be used for the flow of slag formed by the melting of the ashes.
The outer wall 15 of the ring 12 is preferably circular in shape and provided with nozzles 16 to which are connected by welding the sections of the corresponding water circulation tubes. In the example shown in fig. 1, this ring is located near one of the walls of
<Desc / Clms Page number 3>
chamber A and is adjacent to a boiler manifold, 20, to which the water return tubes 22 end; sections of tubes 17, very short, can be horizontal; The longer sections 18 will preferably have a slight upward slope towards the manifold 19 to which they are connected as well as the uninterrupted tubes 21, this slope facilitating the evacuation through the manifold 19 and the riser tubes 9 of any vapor formed in sections 17,18, or in the ring 12.
The simple cross section of the ring 12 is preferably equal or approximately equal to the sum of the cross sections of the tube sections 17 which terminate therein and the sum of the sections of the tube sections 18, so as not to cause in this ring neither throttling nor slowing down of the current of water which is brought there and is carried from it by the tubes which terminate there.
The simple cross section of the ring 12 is preferably approximately triangular in shape, with a very narrow upper portion 23 and a very sloping inner wall 24; this arrangement lends itself to the fact that the slag does not stay on the ring; of the wall 24 causes that the latter absorbs a great deal of heat radiated by the flame of the burners and that the slag, consequently, does not coagulate there and flows quickly.
The shape of the ring 12 is also calculated so that its surface in contact with the slag is approximately equal to that which would present to the slag, in the same space, the portions which would be there if the sections 17 and 18 were connected directly; in this way, the circulation in the tubes connected to the ring 12 is substantially the same as in the other tubes 21 at the bottom of the chamber, their
<Desc / Clms Page number 4>
heating being the same.
The pipes 16 for connecting the tube sections 17 and 18 to the ring 12 are located at the upper part of the section of the ring, in order to avoid the formation and stagnation of vapor pockets therein.
The gaps which separate the tubes 21 from one another, the tube sections 17 and 18, can be closed by fins 25 fixed to these tubes; on these fins, it is also possible to have refractory materials 26, FIG. 5 and 6, such as chromite which combines its refractory properties with good thermal conductivity. This layer of refractory products will preferably be flush with the top of the ring 12 so that the slag will flow as it is formed.
So that the presence of the ring 12 does not cause any disturbance in the circulation of water in the neighboring continuous tubes, it may be found preferable in certain cases to provide in this ring and the sections of tubes which are connected to it, independent circulation. This is what has been shown in FIGS. 7 and 8. Here, unlike in the case of FIG. 1, the slag flow ring, 12, is disposed in the middle of the bottom of the combustion chamber. This ring is connected on the one hand by tube sections 31 to the lower tank 27 and, on the other hand, by the tube sections 32 to a manifold 29 of the boiler from which vaporizer tubes 30 emerge. The tank 27 and the collector 29 are further connected by continuous tubes 33. The tubes 33 and the sections 31 and 32 preferably have a slight upward slope towards the manifold 29.
The manifold 29 is divided along its length into three parts 29a, 29b, 29c, separated by partitions 29d and to each of which correspond vaporizing tubes 30, so that the tube sections 31 and 32 have
<Desc / Clms Page number 5>
their own circulation, independent of that of the tubes 33.
In the device shown in fig. 9 and 10, the ring or hollow frame limiting the flow opening 13 for the slag is formed by means of two of the circulation tubes 36, bent in opposite directions from one another to each delimit half opening 13; the neighboring tubes 21, on either side of the opening 13, are deflected in decreasing measures to keep the tube bundle as homogeneous as possible.
In this example, the circulation tubes of the bottom C of the chamber A are supplied with water from a collector 34, itself supplied by means of return tubes of water from the boiler 35; they have a slight upward slope towards the collector 20. The collector 19 can be supplied by pipes connecting it to the collector 34. The tubes 21 can be provided with fins 25, contiguous or nearly contiguous, and covered with material refractory 26 forming a flat or slightly sloping bottom towards the opening 13.
In this case, the preferred shape for the wall of the opening 13, either conical as in the cases described above: or with a slightly convex generatrix as shown in 37 FIG.
12, is obtained for example by means of refractory material, chromium ore or the like, held in place by means of continuous or discontinuous projections or fins 38, 39, 40 attached to the tubes 36. preferably, the upper fin 38 is continuous and the lower fin 39 is continuous or formed of contiguous fragments; the fin 39 is preferably slightly inclined downwards from the tubes 22 in order to promote the fall of the slag; the fins 40 are preferably discontinuous and formed from fragments arranged in a baffle from one fin to the other as shown in fig.ll. To close the ends 41 of
<Desc / Clms Page number 6>
the opening 13, fins 42 are fixed transversely to the tubes 36;
they are in baffle and rise a little higher than the fins 38 so that the slag preferably passes through places other than the ends 41.
Another embodiment, represented by Figs. 14, 15 and 16, consists in protecting the bent parts of the tubes 36 by means of refractory blocks 43 fixed by casting, sealing, or otherwise, on these parts of tubes. between these blocks seal the joints that separate them.
The places 41, fig.ll, of the opening 13, being able to constitute weak points more exposed than others to deterioration by the slag, it is also possible to adopt the following embodiment, represented by fig. 17 and 18: these places 41, we cut the elbows of the tubes 36 which connect their rectilinear parts to the curved parts 36a and they are replaced by connection boxes 44, for example of cast steel, in which the ends of the portions of tubes 36 and 36 a are sealed, by welding or otherwise.
Each box 44 has two cavities 45 each of which corresponds to one of the tube gods 36 and establishes communication between a rectilinear part of the latter and the corresponding curved part 36a, which can be protected against the action of the slag. any suitable manner, for example by refractory materials held in place by alites 38,39,40, as in the case of Figs. 11 and 12. Likewise, the surfaces of the boxes 44 located upwards and downwards. The interior of the opening 13 may be provided with fins or ribs 46 between which refractory materials will be fixed.
In the installation shown in Figs. 19 and 20
<Desc / Clms Page number 7>
measures have been adopted to further improve the water circulation and further reduce the risk of vapor pockets forming. The slag flow opening is in the middle of the bottom C of the combustion chamber A. Here, the tubes 47 which constitute the largest part of the bottom C do not go from the collector 19 to the collector 20, but leave collectors 48 placed under the bottom C which they connect by curved parts 49 and horizontal or, preferably, slightly ascending portions, 50, respectively to the collectors 19 and 20, thus forming two contiguous layers, substantially equal and situated substantially in th extension of one another.
The hollow frame 51 of the slag flow opening, for example of cast steel, preferably consists of two halves connecting in the vertical plane which separates the two layers of tubes 50; each of these two halves is connected on the one hand, by curved tubes 52, to lower manifolds 53 arranged in alignment with the manifolds 48 and, on the other hand, by tubes 54 comprising a curved part and a rectilinear part located in the plane of the layers of neighboring tubes 50, to the collectors 19 and 20; Tubes 54 are connected to the top of the frame halves 51 so as to avoid the possibility of formation of any stagnant vapor pocket.
The hollow frame 51, instead of being in two pieces, can be made of one piece internally divided by a partition.
The collectors 48 and 53 are supplied with water by return tubes 55 coming from the water chamber of the boiler.
The collectors 48 and the collector 53 located in the same alignment may form a single collector, although it is preferable to separate them in order to ensure in the frame 51 and the tubes 52 and 54 a circulation independent of that of the tubes 47.
<Desc / Clms Page number 8>
The tubes 50 and 54 can be, as in the cases described above, provided with longitudinal fins 25; they can be covered with a layer of refractory material 26, with which the hollow 56 existing between the upper portions of the hangers 49 can also be filled.
The variant represented by FIGS. 21 and 22 differs from that shown in FIGS. 19 and 20 in that the slag flow opening is located near one of the vertical walls of the combustion chamber and that the tubes 47 with their manifolds 43 are replaced by continuous straight tubes 21 like to the tubes 21 of fig.l. As shown in fig. 22, the collector 20 can be divided into several compartiemants by partitions 56, one of these compartments being reserved for the tubes 54 which end there in order to ensure independent circulation of water in these tubes and the riser tubes, or vaporizers, 10, matching. The same can be done in collector 19.
Modifications of detail can be made to the embodiments which have just been described without necessarily departing from the scope of the invention.
It should be noted that the hearth, provided with a combustion chamber in accordance with the invention, may have a main purpose quite other than heating the boiler, the water circulation of which is used for cooling the boiler. frame of the slag flow opening; in other words, the boiler can be an accessory incorporated in a fireplace installation intended mainly for other thermal uses.