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Perfectionnements aux générateurs de vapeur.
Cette invention est relative aux générateurs de vapeur et elle concerne plus particulièrement les chaudières agencées pour fonctionner à des pressions de vapeur élevées et associées à des surchauffeurs de manière qu'on atteigne de hautes températures totales de vapeur.
Pour produire dans les chaudières à vapeur à haute pression une haute température de surchauffe de l'ordre de 925 F, le surchauffeur doit être en contact avec les gaz du
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foyer à des températures plus élevées que celles requises pour des chaudières fonctionnant à des pressions et températures moins élevées, afin qu'une différence de température suffisante soit produite entre les gaz et le métal; sinon l'étendue ou aire de la surface de surchauffe requise pour ces températures totales élevées serait excessivement grande et coûteuse. En outre, le dérangement du fonctionnement d'un pareil surchauffeur par une accumulation de mâchefers pose un problème de majeure importance quand on brûle dans le foyer de la chaudière des combustibles produisant des mâchefers.
On a proposé d'empêcher ces accumulations de mâchefers sur la surface du surchauffeur en interposant entre le foyer et le surchauffeur une grande quantité de surfaces de chauffe à convection sous forme d'un faisceau de tubes d'eau, mais ces surfaces ne serviraient pas les fins de la présente invention étant donné que leur emploi non seulement aurait pour résultat de refroidir exagérément les gaz avant que ceux-ci atteignent la surface de surchauffe, mais encore impliquerait l'accumulation de grandes quantités de mâchefers sur la surface elle-même. Il est toutefois essentiel d'aménager des dispositifs appropriés pour agir sur les cendres formées par le combustible.
Sous une pression de, par exemple, 1400 livres par pouce carré, la température de la vapeur saturée est d'environ 588 F., et quand la température totale de la vapeur fournie par une chaudière de ce genre est de l'ordre de 925 F., environ 286 unités B.t. sont absorbées par chaque livre de vapeur débitée.
Ceci représente une importante quantité d'énergie qu'on peut consacrer à un travail utile et il faut l'opposer aux résultats obtenus pour une chaudière fonctionnant sous une pression de 600 livres à une température totale de 725 F. Dans ce dernier cas, chaque
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livre de vapeur à une température totaJe de 725 F. absorbe dans le surchauffeur 160 unités B.t. De cette façon, quand on opère à la pression élevée et aux plus hautes températures totales mentionnées, on dispose du fait de la surchauffe de la vapeur débitée d'une quantité d'énergie plus élevée d'au moins 70%.
On peut assurer un rendement relativement élevé en coordonnant le surchauffeur et la partie génératrice de vapeur connexe de la chaudière à la capacité du foyer de la chaudière de manière que la température totale de la vapeur soit maintenue près de la limite Maximum imposée par le métal du surchauffeur ou le métal d'une turbine utilisant la vapeur. Dans le passé il était difficile ou impossible d'atteindre pratiquement des températures totales aussi élevées parce que la température des gaz de foyer s'abaissait par suite de leur contact avec un faisceau de tubes chauffé par convection, disposé immédiatement en amont du surchauffeur.
Avec ce montage, la température des gaz de foyer venant en contact avec le surchauffeur est abaissée dans une mesure telle qu'il faudrait installer un surchauffeur d'une surface exagérément étendue pour produire une surchauffe aussi élevée. Toutefois, il est nécessaire d'abaisser la température des gaz du foyer au degré propre à leur utilisation par le surchauffeur.
La présente invention vise un générateur de vapeur à combustible pulvérisé, comprenant une section de convection précédée d'une section de rayonnement comportant un foyer équipé d'un dispositif pour accumuler les mâchefers fondus et des surfaces de rayonnement refroidies par un fluide et destinées à refroiair les matières emportées du foyer par les gaz chauds à un degré tel qu'elles puissent se déposer dans un
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collecteur pour les censés sèches, précédant la chambre de con- vection.
L'invention vise aussi un générateur de vapeur com- ' prenant un foyer qui comporte une chambre de combustion pri- maire dans laquelle sensiblement toute la chaleur absorbée'est transmise par rayonnement à des tubes de paroi intercalés dans la circulation de la chaudière, un dispositif assurant la com- bustion du combustible dans cette chambre, un dispositif com- prenant des tubes de paroi délimitant une chambre de combus- tion secondaire dans laquelle les gaz de foyer circulent de bas en haut depuis une sortie située à la partie inférieure de la chambre primaire, sensiblement toute la chaleur absor- bée dans la chambre secondaire étant transmise par rayonne- ment à ces tubes de paroi,
d'autres tubes de paroi interca- lés dans le circuit de la chaudière et disposés 'de manière à constituer un passage de gaz où les gaz de foyer circulent de haut en bas depuis une sortie située au sommet de la cham- bre de combustion secondaire, un dispositif constituant une zone réceptrice de cendres sèches et situé au pied de ce pas- sage descendant, un dispositif délimitant un passage montant qui communique avec le passage descendant près de cette zone, et des tubes faisant partie des surfaces de chauffe de la chau- dière et disposés en travers du trajet des gaz dans ce passage montant.
L'invention vise en outre un générateur de vapeur de grande capacité à gamme de régimes étendue, agencé pour fonctionner au combustible solide finement divisé, qui compor- te un foyer comprenant une chambre d'allumage tapissée de tubes à fluide couverts de matière réfractaire non métallique et une chambre de combustion à surfaces de démarcation comprenant des tubes à fluide nus, un surchauffeur, des tubes à fluide consti- tuant une paroi protégeant le surchauffeur du foyer et contri- @
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buant à délimiter un long passage de gaz dont les parois absorbent la chaleur, transmise par rayonnement, dans une mesure telle que le surchauffeur soit convenablement protégé par ce passage de gaz contre une chauffe exagérée lorsqu'il fonctionne à pleine charge.
De plus, l'invention vise un générateur de vapeur comportant des tubes de parois agencés de manière que la majeure partie de la vapeur y soit engendrée, un foyer délimité par certains des tubes de paroi, un surchauffeur comprenant un faisceau de tubes étroitement espacés destinés à absorber plus de 20% de la chaleur totale absorbée par vaporisation et surchauffe et à fournir de la vapeur à une température totale dépassant 900 F., et un dispositif pour brûler dans le foyer un combustible produisant des mâchefers,
certains de ces tubes de paroi étant disposés de manière à constituer un passage à refroidissement de gaz de foyer menant du foyer au surchauffeur afin que les particules de mâchefers emportées en suspension se refroidissent dans ce passage à un degré où elles ne sont plus humides principalement sous l'eff'et de la transmission de chaleur rayonnante à ces parois.
Une forme d'exécution du générateur de vapeur à combustible pulvérisé, conforme à l'invention, comprend un foyer à tubes de paroi à fluide couverts d'une matière réfractaire non'métallique, une section de convection contenant un surchauffeur situé à l'entrée de gaz dans cette section, ou près de cette entrée, une chambre de rayonnement à paroi refroidies par un fluide située entre le foyer et la section de convection, un dispositif pour recueillir les mâchefers fondus du foyer et un dispositif pour recueillir les cendres sèches ou sensiblement sèches de la chambre de rayonnement. Le foyer est à flamme descendante et est divisé en un passage descendant
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et un pas.sage montant par une chicane refroidie par un fluide.
On décrira l'invention ci-après à titre d'exemple en se référant aux dessins annexés, dans lesquels:
Fig. 1 est une coupe verticale montrant une chaudière à vapeur construite conformément aux principes de l'invention.
Fig. 2 est une coupe verticale suivant la ligne 2-2 de la Fig. l, montrant une coupe du foyer.
Fig. 3 est une coupe verticale suivant la ligne 3-3 de la Fig. 1 et elle montre la disposition des tubes et les agencements pour le réglage de la surchauffe dans la section d convection de la chaudière.
Fig. 4 est une coupe horizontale faite suivant la ligne 4-4 de la Fig. 1.
Fig. 5 est une coupe horizontale partielle faite suivant la ligne 5-5 de la Fig.l et représentant la disposition des tubes placés en travers de la sortie de gaz de foyer de la chambre d'allumage.
Fig. 6 est une coupe partielle suivant la ligne 6-6 de la Fig.l, représentant la disposition des tubes dans l'écran. mélangeur de gaz compris entre les passages à absorption de chaleur rayonnante.
Fig. 7 est une vue de détail, en coupe transversale, d'une des chicanes pare-mâchefers indiquées sur la Fig. 5.
Fig.8 est une vue de détail, en coupe horizontale, montrant la construction de la paroi garnie de réfractaire de la chambre d'allumage du foyer.
Fig. 9 est une vue de détail, en coupe horizontale partielle, montrant la construction de la paroi séparant les passages à absorption de chaleur rayonnante.
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Fig. 10 est une coupe verticale montrant la construction des colonnes constituées par les tubes de descente de la chaudière pour supporter le corps 50.
Fig. 11 est une coupe transversale, à plus grande échelle, faite suivant la ligne 11-11 de la Fig.10 et montrant la construction des colonnes à tubes de descente.
Fig. 12 est une coupe verticale montrant une forme d'exécution additionnelle de l'invention.
Fig. 13 est une coupe verticale suivant la ligne 13-13 de la Fig. 12.
Fig. 14 est une vue de détail, en coupe horizontale suivant la ligne 14-14 de la Fig.12, montrant la construction des tubes de paroi présentant une face réfractaire céramique à la chambre d'allumage et une face métallique à la première chambre à absorbtion de chaleur rayonnante.
Fig. 15 est une vue de détail montrant la disposition des tubes-écran garnis de réfractaires situés à la sortie de la chambre d'allumage, la coupe étant faite suivant la ligne 15-15 de la Fig.12.
Fig.16 est une vue en élévation schématique montrant la disposition des collecteurs de l'économiseur et du surchaud- feur.
Fig. 17 est une vue en élévation montrant un second groupe de galets servant à supporter le corps inférieur.
Une chaudière à vapeur comporte une partie à dégagement de chaleur dans laquelle on brûle du combustible et une partie à absorption de chaleur, utilisant la chaleur dégagée. Chacune de ces parties doit évidemment remplir ses propres objectifs, mais dans une chaudière rationnelle les effets de ces parties doivent être coordonnés. Afin que la combustion
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soit la plus efficace au cours du dégagement de chaleur, les températures de chambre de combustion doivent être aussi élevées que possible en tenant compte de l'aptitude des parois de la chambre de combustion à résister à un endommagement par les flammes et les gaz du foyer à des températures élevées.
Non seulement les températures élevées accélèrent la combustion, mais encore elles procurent la possibilité de diminuer la grandeur de la chambre de combustion requise pour assurer une combustion complète. Quand on brûle des combustibles produisant des cendres, la température voulue du foyer est au-dessus du point de fusion des cendres, et quand on emploie comme combustible du charbon pulvérise la fusion des cendres se produit en suspension dans les gaz. Une partie des mâchefers qui en résultent adhère aux parois du foyer et tombe sur le fond du foyer par gravité ou par inertie par suite d'un changement de direction du courant gazeux, mais il y a toujours un peu de mâchefers emportés en suspension que les gaz entrainent au-delà des flammes du combustible brûlant.
Pour assurer l'absorption la plus efficace de la chaleur des gaz de foyer au-delà des flammes du combustible brûlant,la chaudière représentée à titre d'exemple utilise des faisceaux de tubes disposés en travers du trajet des gaz de foyer. Certains de ces tubes conduisent de la vapeur en voie de surchauffe et ils sont représentés sur la Fig. 1 des dessins annexés par le surchauffeur 12. La Fig. 12 montre un surchauffeur analogue 16. D'autre faisceaux de tubes disposés de manière analogue constituent les économiseurs 10, 14, 191 et 192 des chaudières représentées respectivement sur les Figs. 1 et 12 des dessins annexés.
Afin que Inefficacité de ces tubes, et notamment des tubes inférieurs des surchauffeurs,
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puisse être maintenue à son maximum, il faut les conserver exempts de dépôts sur leurs faces orientées vers les gaz. Il est aussi nécessaire que la température des gaz de foyer venant en contact avec les tubes du surchauffeur soit dans,les limites admissibles, La température des gaz ne doit pas être assez élevée pour endommager ces tubes.
Des considérations ci-dessus on conclut que si l'on veut obtenir la coordination la plus efficace entre la partie de la chaudière à dégagement de chaleur et sa partie à absorption de chaleur, il est nécessaire d'abaiser la température des gaz de foyer entre les flammes de foyer et le surchauffeur.
En outre quand on emploie et on brûle dans un royer à température élevée un combustible pulvérisé, les gaz quittant le foyer emportent en suspension des mâchefers fondus et il faut abaisser la température de ces mâchefers afin qu'ils se solidifient avant d'avoir atteint un faisceau de tubes chauffés par convection, peu importe que ceux-ci contiennent de l'eau ou de la vapeur. Si l'on n'y veillait pas, les mâchefers se solidifieraient sur les tubes du faisceau et diminueraient la capacité d'absorption de chaleur. De plus, ces dépôts s'accumuleraient jusqu'à ce que la section de passage de gaz entre les tubes soit diminuée ou complètement obstruée.
Il est évident que non seulement pareils effets amèneraient une diminution de la capacité d'engendrer la vapeur, mais qu'encore, s'ils continuaient à s'exercer, ils obligeraient à éteindre la chaudière pour permettre de la décrasser.
L'invention procure une chaudière à vapeur comportant des dispositifs coopérant entre eux pour maintenir une haute température de foyer et pour abaisser efficacement la température des gaz de foyer au-delà du foyer et de l'extrémité
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de la flamme à un degré tel qu'ils n'endommagent pas le surchauffeur. Elle procure en outre un abaissement de la température des gaz tel que les mâchefers en suspension se solidifient avant d'arriver au surchauffeur, et cet abaissement de la température des gaz et des mâchefers qu'ils transportent est produit sans l'interposition, en regard du surchauffeur, d'un faisceau de tubes chauffés par convection. Par suite, on peut brûler comme combustible, en toute sécurité, du charbon pulvérise.
Pour maintenir des températures de foyer élevées dans de larges limites de fonctionnement de la chaudière, il est prévu une chambre d'allumage 22 d'un volume relativement .petit.De préférence, cette chambre a une surface de paroi relativement grande par unité de volume de foyer. Comme autre caractéristique conduisant à de hautes températures de foyer, on constitue la chambre d'allumage à l'aide de parois qui présentent au combustible brûlant des faces réfractaires non métalliques. Une telle paroi est représentée sur la Fig. 8 des dessins annexés. Elle comprend les tubes de paroi 24 garnis de saillies soudées à ces tubes et disposées sur les faces des tubes, orientées vers le foyer, pour maintenir une couche réfractaire de matière céramique 28 qui constitue la face du foyer.
Cette matière réfractaire est chauffée à l'incandescence pendant le fonctionnement du foyer de manière à rayonner de la chaleur de manière continue vers les gaz et le combustible brûlant.
Une alimentation de combustible et d'air appropriée et un appareillage opérant convenablement leur mélange contribuent aussi à assurer des températures de foyer .élevées. De préférence l'appareillage comporte des brûleurs à flamme descendante 30, comme représenté sur la Fig. 1 des dessins annexés
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De l'air secondaire est envoyé aux brûleurs par la tuyauterie 52 qui communique avec la chambre 34 entourant les brûleurs.
Cet appareillage de combustion permet de commander efficace- ment la longueur de la flamme de manière que la chambre d'i- gnition soit remplie de flammes, et grâce à cette orienta- tion verticale des flammes on obtient les avantages d'une combustion rapide et complète et d'un grand débit d'énergie entrante par pied de largeur du foyer ainsi qu'unenotable fluidité des cendres à évacuer. En outre, on peut employer des charbons qui ont une température de fusion allant jusque 2700 F. Les conditions de combustion ainsi réalisées impli- quent des températures de foyer excessivement élevées malgré la grande quantité d'eau de refroidissement des parois em- ployées pour protéger les parois contre un endommagement, et elles ont pour effet une température élevée correspondante des gaz quittant le foyer.
La paroi à tubes munis de saillies et garnis de réfractaire de la chambre d'ignition supporte avec succès ces températures de foyer élevées, et par suite la partie du foyer dans laquelle se produit la combustion n'a pas besoin d'être plus grande que c'est nécessaire pour une combustion sensiblement complète. La quantité de chaleur libérée dans la chambre d'ignition est si grande qu'elle por- te la quantité totale de chaleur libérée dans le foyer entier (y compris les passages ouverts) à 47.800 unités B.t. par pied cube et par heure à un régime de chaudière normal de 300.000 livres de vapeur par heure.
Au-delà de la chambre d'allumage 22 sont aménagés des dispositifs pour abaisser la température des gaz allant de cette chambre à un faisceau de tubes tel que celui consti- tuant le surchauffeur 12, et une quantité prédominante de chaleur absorbée entre le surchauffeur et la chambre d'allu-
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mage est transmise aux parois des passages intermédiaires par rayonnement. De cette façon, on peut adopter toute forme de faisceau de tubes convenant le mieux pour absorber la cha- leur. Le faisceau de tubes n'est pas endommagé par suite d'une température exagérée des gaz, et la capacité du faisceau de tubes d'absorber la chaleur n'est point diminuée par l'accu- mulation de dépôts solides sur les tubes du faisceau.
Your utiliser le rayonnement des gaz en vue de re- froidir les gaz pendant qu'ils circulent entre l'extrémité des flammes et le faisceau de tubes, il est prévu un passage d'une longueur telle que l'absorption de la chaleur transmise par rayonnement soit aidée. Les parois de ce passage sont de préférence refroidies au moyen de tubes d'eau.
Les gaz de foyer ont des constituant qui rayonnent de la chaleur et les principaux de ces constituants sont l'anhydride carbonique, la vapeur d'eau et les particules so- lides en suspension. Ces particules solides peuvent être des particules de poussière ou des particules de cendre à l'état fondu ou non, au-delà de la flamme. Les constituants rayon- nants des gaz peuvent aussi comprendre des particules de car- bone ou des hydrocarbures contenus dans la flamme.
Pour une teneur donnée en ces constituants à rayon- nement de chaleur et pour une température donnée des gaz, un courant de gaz rayonne de la chaleur vers les solides à une allure par pied carré de paroi qui augmente, dans certaines limites, avec l'épaisseur moyenne du courant gazeux. 'Au-delà d'une certaine épaisseur, l'accroissement de l'allure de rayonnement est négligeable et par conséquent on construit la chaudière, de préférence, de manière que l'épaisseur du courant gazeux soit comprise dans certaines limites.
En cons- truisant la chaudière de façon que le courant gazeux ait une @
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section transversale appropriée et une longueur adéquate à cette section transversale, on assure que les gaz produisent un rayonnement suffisant pour abaisser leur température au degré voulu avant que les gaz arrivent au faisceau de tubes.
De préférence, le courant gazeux a un profil transversal d'un grand périmètre par unité de section transversale du courant.
Il est avantageux que le courant gazeux ait une section transversale rectangulaire et que le rectangle ait une longueur beaucoup supérieure à sa largeur. Ainsi, de préférence, les parois des chambres ou passages à absorption de chaleur 36 et 38 sont disposées de manière à avoir la section transversale plus particulièrement indiquée sur la Fig. 4 des dessins annexés. Il est à noter que l'allure d'absorption de chaleur rayonnante peut être accélérée dans les chambres 36 et 38 en augmentant la proportion des périmètres totaux de tous les tronçons de la section de passage de ces chambres. On peut atteindre ce but en aménageant une série de cloisons refroidies par un fluide, qu'on dispose transversalement aux chambres rectangulaires 36 et 38.
Une pareille construction augmenterait le rayonnement par pied de trajet de gaz et permettrait de raccourcir ce trajet, mais avec 1'une ou l'autre de ces formes d'exécution de chambres pour ! 'absorption de la chaleur des gaz on peut construire des chambres d'une longueur suffisante pour produire l'abaissement voulu de la température des gaz par rayonnement.
Il est entendu, évidemment, que le courant gazeux circulant entre la flamme et le premier faisceau de tubes à convection balaye les parois, refroidies à l'eau, des chambres à absorption de chaleur et que les gaz perdent par après une certaine quantité de chaleur par convection en plus de la chaleur perdue par rayonnement, mais on ne compte pas sur cette convection pour refroidir adéquatement les gaz,
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étant donné que pour y réussir il faudrait des passages anor- malementlongs ou des passages si étroits qu'ils recueilleraient des dépôts provenant des combustibles solides. Ces accumulations diminueraient l'allure du transport de chaleur et imposeraient des pertes de tirage excessivement élevées.
Pour ,rendre le plus efficaces les conduits ou passages à rayonnement de chaleur 36 et 38, il est prévu des dispositifs pour limiter le rayonnement allant de la chambre d'allumage à température élevée 22 aux gaz circulant dans ces conduits. On le fait aussi parce que ce rayonnement limiterait le refroidissement dans ces conduits, étant donné que les constituants qui rayonnent la chaleur depuis les parois du conduit absorbent la chaleur rayonnée sur eux. A cet effet, on choisit une disposition du ou des conduits de gaz par rapport à la sortie de gaz de la chambre d'allumage, telle que la grandeur de la masse de gaz dans un conduit et la surface de la paroi du conduit soumise à la radiation directe de la chambre d'allumage soient réduites au minimum.
Ceci est illustré par la construction représentée sur la Fig. 1 des dessins annexés, où la sortie de gaz 40 de la chambre d'ignition 22 est située au fond de cette chambre où elle est traversée par des constructions protectrices garnies de réfractaire, comme celles indiquées en 42 à 44 sur la Fig. 5 des dessins annexés. Ces constructions sont constituées en cintrant les tubes de la paroi 46 de manière qu'ils soient groupés comme représenté. La sortie 40 est aussi disposée à l'extrémité inférieure du passage à absorption de chaleur 36 et à l'endroit le plus étroit de ce passage, et le passage 38 est protégé par la paroi 48 contre un rayonnement de chaleur direct provenant de la chambre d'allumage 22.
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Au fond de la chambre d'allumage 22 du foyer indiqué sur la Fig. 1 est disposée la sole 53 du foyer qui est refroidie par les tubes de sole 52 communiquant directement avec les collecteurs 54 et le corps 56 et intercalés par l'intermédiaire de celui-ci dans la circulation de la chaudière. La sole du foyer est couverte de matière réfractaire 55, de sorte qu'un amas de mâchefers fondus peut se maintenir au fond du foyer. Les mâchefers recueillis sont périodiquement évacués par l'ouverture 58.
Les brûleurs à flamme renversée 30 dirigeant les gaz sur lamas de mâchefers fondus se trouvant au fond du foyer ont pour effet de réduire au minimum la quantité de mâchefers emportés par les gaz qui sortent de la chambre d'allumage du foyer. La quantité de particules de mâchefers contenues dans les gaz entrant dans la chambre 36 de la chambre d'allumage 22 est aussi diminuée par l'effet des constructionsprotectrices 42 à 44. Comme spécifié ci-dessus, ces constructions sont constituées par des prolongements de tubes 60 délimitant la paroi 46, et ces prolongements comportent des saillies métalliques 62 disposées comme indiqué sur la Fig. 7 et agencées pour retenir sur, les tubes une garniture réfractaire. En raison des températures élevées du foyer, ce réfractaire est maintenu à l'état incandescent et adhérent.
Par suite, les constructions 42 à 44 ont pour effet de maintenir des particules de mâchefers à l'état fondu, si bien que les mâchefers fondus se déposant sur elles retournent par gravité à l'amas liquide de mâchefers situé au fond de la chambre d'allumage. Certains des tubes de la paroi 46 ont des prolongements 64 qui sont cintrés en dehors de leur alignement formant paroi encore plus qu'aucun des autres tubes, comme
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indiqué sur les Figs. 1 et 5 des dessins annexés.
Vu que les faces de foyer des tubes d'eau des pa- rois de la chambre d'allumage sont de préférence garnies d'un . réfractaire non métallique pour réduire au minimum les pertes de chaleur et propager de hautes températures de foyer, et étant donné qu'il est très'important d'aider une rapide ab- sorption de chaleur par rayonnement de chaleur des gaz aux surfaces métalliques nues des parois du conduit à .rayonnement de chaleur 36, il est préférable que la paroi 46 séparant la chambre d'allumage de la chambre-conduit 36 soit conformée de manières différentes sur ses faces opposées. Cette construc- tion de la paroi est représentée sur la Fig. 14. Elle com- prend les tubes 70 présentant des faces métalliques nues d'un côté de la paroi et la face réfractaire non métallique 72 du côté opposé de la paroi.
De ce côté-ci la paroi résiste à l'absorption de chaleur et du côté opposé elle favorise l'absorption de chaleur. La matière réfractaire bouche les intervalles entre les tubes et elle est maintenue en place par un montage de tubes à saillies tel que celui représenté plus en détail sur la Fig. 7.
Les tubes délimitant la paroi 46 et l'écran protec- teur mélangeur de gaz disposé en travers de la sortie 40 de la chambre d'allumage 22 sont représentés comme étant en com- munication à leurs extrémités inférieures, avec le corps 56 ' et, à leurs extrémités supérieures, 'avec le collecteur 74.
D'autres tubes de la paroi du foyer raccordent directement entre eux les collecteurs 74 et 54 et sont disposés suivant le ciel 76 et la paroi 78 de la chambre d'allumage. Les parois restantes de cette chambre sont refroidies par des tubes de paroi disposées de manière analogue qui communiquent avec des
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collecteurs supérieur et inférieur intercalés de manière analogue dans la circulation de fluide de la chaudière.
L'amas liquide de mâchefers maintenu sur la sole 53 du foyer reçoit les mâchefers fondus descendant des parois du foyer et il receuille aussi les particules de mâchefers directement de la chambre à gaz. Le changement de direction des gaz passant de la chambre d'allumage 22 à la chambre d'absorption de chaleur (ou conduit à rayonnement de gaz) 36 tend à séparer des gaz, par inertie, les particules de mâchefers. Certaines de ces particules de mâchefers se rassemblent sur les écrans 42 et 44 des tubes-écrans de chaleur rayonnante et sur la partie inférieure de la paroi 48 du conduit ou chambre de rayonnnement de gaz 36. Dans la chaudière représentée, tous ces mâchefers confluent dans l'amas de mâchefers liquide maintenir sur la sole 53 du foyer.
On endommagement du corps 56 et de ses raccords tubulaires par ces mâchefers descen- dants est empêché par une masse de matière réfractaire 80 garnissant une partie du corps.
La paroi 48 comporte des tubes 82 et 84 communiquant directement avec les corps 50 et 56, les tubes 84 étant cintrés à leurs extrémités supérieures en dehors de leur alignement formant paroi, de manière à diminuer les pertes de tirage quand les gaz passent de la chambre d'absorption de chaleur 36 à la chambre 38. En-dessous de la partie cintrée des tubes 84, la paroi 48 est complétée par des saillies métalliques 86 et une matière réfractaire 88 (voir Fig.9) qui bouchent les intervalles entre les tubes. Comme le montre la Fig. 9, cette matière réfractaire laisse nus les flancs des tubes, ce qui favorise une vive allure d'absorption de chaleur des gaz par les chambres 36 et 38.
La paroi arrière 90 de la chambre d'absorption de
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chaleur 38 peut avoir une construction analogue à celle de la paroi 48 et elle comporte des tubes communiquant directement avec le corps 50 et le collecteur 92. Celui-ci peut être supporté par les tubes de la paroi 90, qui sont suspendus une partie de la construction en acier par des barres 94 reliées à des plaques 96 directement soudées aux tubes. De l'eau est envoyée au collecteur 92 par les tubes 98 qui à leurs extrémités inférieures communiquent avec le collecteur 100. Celui-ci est raccordé par une série de tubes de descente 102 à la chambre d'eau du corps de vapeur et d'eau 104 et le raccordement à circulation est maintenu entre le collecteur 100 et le corps 56 par les tubes 106 qui sont disposés en-dessous du passage descendant 38 et au-dessus du passage montant 108.
Les tubes 106 agissent sur toutes les particules de cendre venant en contact avec eux, de manière qu'elles soient refroidies et qu'elles puissent s'accumuler afin d'être enlevées du fond incliné 110 de la trémie 112. On peut éliminer continuellement ou périodiquement ces accumulations de cendres en les faisant passer par la sortie 114 au caniveau à vanne 116.
Au sujet du rassemblement de cendres sèches dans la trémie 112, il est à noter que les particules de cendres contenues dans les gaz dans la chambre 38 avancent de haut en bas dans la trémie. Par suite, elles se déposent dans une notable mesure en raison de leur inertie et on augmente ce dépôt en faisant virer les gaz dans le passage montant 108 et par l'effet des tubes 106 et 98 dans la zone de virage des gaz. Comme le montre la Fig. 4, la vitesse de descente des cendres juste au-dessus de la trémie 112 est augmentée par une diminution de la largeur de la chambre 38.
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La Fig. 1 montre un surchauffeur et un économiseur comprenant des faisceaux de tubes disposés en travers de la circulation de gaz dans le passage montant 108. Les sections de surchauffeur et d'économiseur sont du type à tubes continus et peuvent être drainées. Comme indiqué, le surchauffeur 12 comporte un collecteur d'entrée 118 raccordé par des tubes 120 à la chambre de vapeur du corps 104. Depuis le collecteur, les tubes de surchauffeur s'étendent en zig-zag transversalement au passage de gaz et sont connectés, à leur extrémité de sortie, au collecteur 122. Un montage des;sections d'économiseur et des sections de surchauffeur est représenté à titre d'exemple sur la Fig. 16 des dessins annexés.
Sur cette figure, une partie de la section 14 de l'économiseur et une section d'économiseur distincte 204 sont logées dans la dérivation de réglage de surchauffe 206 constituée par la paroi du passage de gaz et la paroi de séparation 172. De l'eau d'alimentation entre dans le collecteur 126 et va par les tubes de la section d'économiseur 14 au collecteur 128. D'une des extrémités du collecteur la circulation est dirigée par les tubes descendants 208 vers le collecteur 210. De ce collecteur l'eau, ou l'eau et la vapeur, montent par les tubes en boucle 212 pour aller au collecteur 214. De ce collecteur la circulation se dirige vers le collecteur 130 par les tubes 216. Du collecteur 130 l'eau, ou l'eau et la vapeur, montent par les tubes de la section d'économiseur 10 pour aller au collecteur 124. Celui-ci est raccordé au corps 104 par les tubes montants 218.
Aux faibles charges, on diminue la quantité de gaz balayant les tubes de la section d'économiseur 204 et la partie de la section 14 située dans la dérivation 206,une surface d'économiseur suffisante étant procurée par le section
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10 et la partie de la section 14 qui est en contact avec les gaz du foyer dans la partie principale du passage de gaz 108.
Les flèches 220 et 222 indiquent le trajet descendant de l'eau dans la section d'économiseur 14, et la flèche 224 indique le trajet montant de l'eau dans la section d'économiseur 204. De même, les flèches 226 indiquent un trajet d'eau montant dans la section d'économiseur 10.
Comme le montre la Fig. 16, le collecteur 122 est le collecteur de sortie pour le surchauffeur, le trajet de vapeur étant descendant ainsi que l'indiquent les flèches 228.
Tant les tubes de surchauffeur que les tubes d'économiseur sont de petit diamètre, leur diamètre extérieur étant de l'ordre de 50 mm. Ils sont aussi faiblement espacés,l'écartement de centre en centre étant de l'ordre de 75 mm. Leur écartement mesuré longitudinalement par rapport au passage de gaz peut être un peu plus grand, mais de préférence il ne dépasse pas 100 mm.
Les boucles successives des tubes du surchauffeur et des tubes de l'économiseur sont convenablement reliées entre elles par des montants métalliques 132. On peut employer ces montants dans les zones à plus basse température, mais entre les tubes d'économiseur et tubes de surchauffeur successifs des zones à température plus élevée, c'est-à-dire des zones de tubes entrant les premiers en contact avec les gaz de foyer, les tubes successifs sont de préférence reliés par des assemblages à suspension coulissante pour compenser le degré de dilatation et de contraction plus élevé de ces tubes. Ces assemblages à suspensions coulissantes sont représentés dans le brevet n 417.669.
De toute façon, les boucles successives des économiseurs et des surchauffeurs sont
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reliées entre elles de manière à constituer des serpentins plats disposés verticalement. Ces serpentins sont supportés par des brides 134 soudées aux tubes 102 d'un côté du passage de gaz 108 et par des brides 136 soudés aux tubes de la paroi 90. Des brides 138 et 139 coopérant entre elles sont soudées aux boucles supérieures des serpentins du sùrchauffeur.
Après avoir traversé l'économiseur et le surchauffeur, les gaz de foyer traversent les tubes de circulation 144 qui raccordent directement entre eux les corps 50 et 104. Le cameau 146 est situé au-dessus des tubes de circulation 144, et les gaz parcourant ce carneau peuvent être commandés par un registre 148.
Tous les tubes décrits ci-dessus qui raccordent le corps 56 au corps 50 sont des tubes de montée débitant de la vapeur et de l'eau au corps 50. Les tubes de descente pour les corps 50 et 56 sont indiqués plus particulièrement sur les figs 3, 10 et 11 des dessins annexés. Ces tubes 150 sont de grand diamètre et ils ont des parois épaisses, comme indiqué clairement sur la Fig. 11. Ils sont de préférence disposés par groupes de quatre aux extrémités opposées des corps et ils sont reliés entre eux par des montants ou treillis 152 soudés ; comme indiqué sur la Fig. 11. Ils doivent constituer des colonnes qui supportent le corps 50 en prenant appui sur le corps 56. Ces colonnes sont situées à l'extérieur de la chaudière et elles ne sont pas en contact avec les gaz du foyer.
Les tubes de chaque colonne sont gainés d'une matière isolante 154.
Chacune des colonnes 156 constituées par les tubes 150 transmet une partie de la charge du corps supérieur 50 au corps inférieur 56 et, de celui-ci, à des socles 158 supportés par les poutres 160 qui constituent une partie de la
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charpente d'acier de la chaudière. Les collecteurs 54 et 100 sont supportés de manière analogue par des socles reposant sur des poutres analogues, et les socles ou selles pour le collecteur 54 et le corps 56 peuvent être montés sur galets de manière que lorsque les tubes 106 et 54 se dilatent longitudinalement, il ne se produise point de tensions excessives dans les éléments du foyer ou de la chaudière.
La Fig. 10 montre le socle 158 supporté au moyen de galets sur la poutre 160, deux séries de galets 162 et 163 étant disposéesperpendiculairement l'une à l'autre, et des galets 164 et 165 disposés de manière analogue supportent le collecteur 54.
Le corps est directement raccordé au collecteur 74 par une rangée intérieure de tubes 166 et par une rangée extérieure 168, et les intervalles entre les tubes 166 peuvent être bouchés par un assemblage de tubes à saillies et de réfractaire analogue à celui indiqué sur la Fig. 9 des dessins annexés. Certains de ces intervalles sont laissés ouverts pour constituer des regards par lesquels on puisse introduire des ringards .au cas où des mâchefers s'accumuleraient indésirablement sur les tubes 82 et 84. Ces regards sont indiqués en 107. Des portes, non représentées sur les dessins, les ferment normalement.
Il est prévu des dispositions pour régler la surchauffe, qui comprennent le carneau à gaz de dérivation 206 délimité par la séparation verticale 172 allant de l'avant à l'arrière et parallèle aux tubes d'économiseur et de surchauffeur situés dans le passage de gaz 108. De préférence, cette séparation sépare environ 20% de ce passage de gaz pour constituer une dérivation régulatrice de surchauffe 206.
Comme spécifié ci-dessus, la dérivation 206 délimitée par
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cette séparation contient une section d'économiseur infé-' rieure 204 raccordée en série à un économiseur supérieur à contrecourant 14 et l'économiseur intermédiaire à équicourant 10. L'économiseur inférieur 204 est aussi un économiseur à équicourant. On règle la surchauffe au moyen des registres 178 et 180 (Fig. 3) qui sont disposés à la partie supérieure de la dérivation. Les registres doivent être ouverts pour la pleine charge de la chaudière de manière qu'une quantité maximum de gaz de foyer passe sur l'économiseur inférieur 204, et aux faibles charges ils peuvent 'âtre fermés.
La forme d'exécution de l'invention, représentée sur les Figs. 12 et 13 des dessins annexés est analogue, sous beaucoup de rapports, à la forme d'exécution indiquée sur la Fig. 1, mais elle en diffère du fait qu'on y aménage une chambre de refroidissement de gaz 186 s'évasant de bas en haut. Elle comprend aussi une chambre d'allumage 188 évasée de haut en bas, mais élimine un des corps supérieurs, le corps 190 étant substitué aux corps 50 et 104. La section supérieure à contrecourant 191 de l'économiseur s'étend sur toute l'ouverture transversale du passage de gaz, tandis que la section intermédiaire à équicourant 192 n'occupe qu'une partie de l'ouverture du passage de gaz, extérieure à la dérivation 194. Cette dérivation est délimitée par la séparation verticale 196 qui de préférence ne traverse pas la section 191.
On règle la surchauffe au moyen des registres 198 et 200.
Dans la dérivation est logée une section d'économiseur inférieure à équicourant 202. Le surchauffeur 16 s'étend sur une partie de l'ouverture du passage de gaz à l'extérieur de la dérivation.
Eh ce qui concerne le fonctionnement de la chau- diére, il est clair qu'une notable proportion de la chaleur
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libérée est absorbée avant que les gaz de foyer atteignent les tubes à convection et que l'absorption de chaleur se produit en deux phases. Durant la combustion, c'est-à-dire depuis le moment de l'allumage du combustible jusqu'au moment ou la combustion est complète, et suivant le trajet de circu- lation de gaz, depuis le point d'allumage jusqu'à 1'extrémité de la flamme, la chaleur absorbée par les parois du foyer peut 'être transmise principalement par le rayonnement de la flamme.
De plus, depuis l'extrémité de la flamme jusqu'au faisceau de tubes, suivant le trajet de circulation de gaz, la chaleur est absorbée par les parois des passages de gaz principalement par rayonnement.
Habituellement, on fait fonctionner les chaudières à vapeur dans des limites de charge étendues etla température des gaz change. En employant la chaudière représentée à titre d'exemple on maintient de bonnes conditions de fonctionnement dans des limites de charge plus étendues que celles qu'il est possible d'atteindre généralement, notamment dans les foyers à évacuation de mâchefers, brûlant du charbon pulvérisé. Avec ces foyers, pour une certaine fraction de la charge maximum, 1'.allure de dégagement de chaleur est trop lente pour permettre aux mâchefers de fondre en vue de l'élimination sous forme liquide. Plus chaud est le foyer en pleine charge, et plus petite est la charge fractionnelle pouvant être supportée sans interrompre l'élimination des mâchefers fondus.
Ceci s'obtient quand la surface de démarcation de la paroi d'eau est minjatunibour le volume du foyer et pour une longueur de flamme donnée, comme. dans les chaudières repré- sentées à titre d'exemple.
On peut construire ces chaudières de manière qu'en pleine charge la flamme ne pénètre pas de la chambre d'alluma-
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ge dans la première section du conduit ou chambre de rayonnement de gaz, mais de toute façon il faut donner au conduit de rayonnement de gaz une longueur suffisante, par rapport à la forme de sa section transversale, pour assurer un refroidissement suffisant des gaz par rayonnement avant qu'ils atteignent le faisceau de tubes.
D'autre part, on peut construire les chaudières de manière qu'à une faible charge l'extrémité de la flamme recule vers la zone d'allumage des brûleurs, entièrement hors du conduit de rayonnement de gaz dans lequel les flammes pénètrent en pleine charge. Dans ces conditions, la température du foyer est maintenue au degré d'intensité désiré par la flamme dans la zone d'allumage.
Dans les conditions de fonctionnement normales, la température des gaz de foyer à la sortie de la chambre d'allumage 22 de la chaudière représentée sur la Fig. 1 est d'environ 2880 F. Dans les mêmes conditions, les gaz viennent en contact avec les tubes inférieurs du surchauffeur à une température de l'ordre de 2250 F., ce refroidissement des gaz étant produit par la transmission de chaleur rayonnante des gaz aux parois des conduits ou chambres de rayonnement de gaz. La température des gaz est encore assez haute pour produire une température totale suffisamment élevée sans exiger une surface de surchauffe exagérée. Morne pour les surfaces de surchauffeur relativement peu étendues indiquées sur les dessins, on peut produire des surchauffes dépassant 900 F.
Une autre caractéristique des chaudières représentées,notamment de la chaudière montrée sur la Fig.l, est la proportion relativement grande de la chaleur totale absorbée dans la vapeur du surchauffeur. Si l'on suppose que la chaleur absorbée en vaporisant l'eau à la température de
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saturation et la chaleur de surchauffe combinées constituent un total, ou 100% de la chaleur absorbée, un pourcentage aussi élevé que 31,5% de ce total est absorbé au cours de la surchauffe.
Avec les chaudières décrites on assure à la combustion un rendement élevé avec un minimum d'accumulation de cendres sur les tubes faisant partie de la surface de convection de la chaudière. Les cendres sont captées dans une très large mesure et la grande fluidité des cendres permet de les évacuer dans de bonnes conditions. En outre, la perte de carbone est faible grâce au mélange efficace des gaz de foyer à des températures qui propagent la combustion.
REVENDICATIONS
1.- Générateur de vapeur à combustible pulvérisé, comprenant une section de convection précédée d'une section de rayonnement comportant un foyer équipé d'un dispositif pour recueillir les mâchefers fondus et des surfaces de rayonnement refroidies par un fluide destinées à refroidir les matières emportées du foyer par les gaz chauds, à un degré tel qu'elles puissent se déposer dans un accumulateur de cendres séches précédant la chambre de convection.
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