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"Procédé pour l'enlèvement des scories de foyers, spécialement de foyers à pression pour combustibles formant beaucoup de scories"
Dans les foyers ordinaires utilisant des combustibles for- mant des scories ou mâchefer, par exemple du poussier de charbon, il est da règle de brûler le combustible aussi complètement.que possible dans la chambre de combustion et d'y refroidir déjà les gaz chauds produits, à un point tel que les particules de cendres entraînées par le courant da gaz chauds soient solidifiées avant qu'elles n'atteignent les carneaux des gaz chauds, de sorte qu'elles ne puissent plus adhérer aux parois.
la majeure partie des cen- dres ou scories ne doit pas du tout atteindre les carneaux des gaz chauds, mais doit déjà être séparée dans la chambre de corabus- tion et être enlevée de celle-ci, soit à l'état liquide, soit
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après durcissement, par l'intermédiaire de grilles de granulation.
Dans le cas de chambres de combustion à chauffage sous pres- sion, ces règles de fonctionnement ne sont en général pas réalisa- bles. Dans les foyers à pression, il importe avant tout de tirer parti de la possibilité de réaliser des charges aussi élevées que possible de la chambre de combustion. On ne se contente par exemple pas, comme dans le foyer ordinaire à poussier de charbon, de débits thermiques de 150.000 à 250.000 #kcal/h. et m3 de volume de la chambre de, combustion, mais on va jusqu'à, plus de trente fois cette charge.
Il en résulte que les surfaces de chauffe par rayonnement si- tuées à l'intérieur de la chambre de combustion ne suffisent de loin plus pour soustraire déjà assez de chaleur aux gaz chauds à' l'intérieur de la chambre de combustion pour abaisser leur tempé- rature à la température de solidification des scories.
Dans le foyer à pression, ces débits thermiques extraordinaire - ment élevés sont rendus possibles, non seulement par l'augmentation de la pression, mais bien plus par la turbulence intense du mélange de combustible et d'air, pour laquelle une partie considérable de la chute de pression disponible peut être utilisée. Cette turbulence a pour eîfet que, dans le foyer à pression, les gouttelettes de scories ne se déposent pas comme par exemple dans les immenses cnambres de combustion d'un foyer ordinaire à poussier de charbon, mais sont plutôt toujours de nouveau soulevées et entraînées dans les tourbillons et restent en grande partie suspendues dans les gaz chauds.
Dans le cas du foyer sous pression, on doit donc tenir compte du fait que de grandes quantités de scories sont évacuées avec les gaz chauds et que ces scories sont encore liquides ou pâteuses lorsqu'elles atteignent les surfaces de chauffe. Il est donc fort probable que les surfaces de chauffe montées en aval de la chambre de combustion soient très rapidement obstruées par les scories.
Des essais approfondis ont maintenant toutefois prouvé 'qu'on peut également mettre des surfaces de chauffe à l'abri de tout dépôt
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de scories si l'on tient ces surfaces suffisamment froides et si on les rend lisses, si l'on évite, en outre, toute résistance contre laquelle les gouttelettes de scories peuvent se heurter, et si l'on fait finalement passer les gaz chauds à très grande vitesse le long des surfaces de chauffe, c'est-à-dire si les sur- faces de chauffe sont constituées par des surfaces qui ne présen- tent aucune courbure dans le sens de l'écoulement et sont longées par un courant parallèle de gaz chauds s'écoulant à très grande vitesse.
Le flux de gaz chauds peut alors être conduit horizon- talement ou vers le bas, pourvu que la vitesse des gaz chauds soit suffisamment grande pour tenir en suspension et entraîner les gouttelettes de scories.
La présente invention tient compte de ces constatations pour enlever les scories des chambres de combustion dans les foyers, notamment les foyers à pression, et pour mettre les carneaux de gazde fumée et les surfaces de chauffe à l'abri du dépôt de scories. L'invention concerne un procédé pour l'enlèvement des scories de foyers, spécialement de foyers à pression pour combus- tibles formant beaucoup de scories, salon lequel la masse princi- pale des scories est entraînée par la masse principale des gaz chauds produits dans la chambre de combustion et est conduite à travers un échangeur de chaleur qui forme une partie essentielle des surfaces de chauffe destinées à absorber la chaleur des gaz chauds.
L'échangeur thermique est avantageusement raccordé à' l'extrémité inférieure de la chambre de combustion et dimensionnée de telle manière que les gaz chauds soient refroidis dans cet échangeur à une température voisine de la température de solidifi- cation des scories. La vitesse à laquelle les gaz chauds parcourent les canaux est choisie très élevée, au moins 100 m/sec., de sorte qu'un nettoyage automatique des canaux se produit déjà du fait de l'action de soufflage exercée par les gaz.
Les deux figures du dessin annexé montrent deux exemples
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d'application de l'invention, tous deux en Combinaison avec un générateur de vapeur à foyer à pression (chaudière Velox). La Fig. 1 montra une vue en coupe d'une chambre de combustion à chauffage sous pression, à laquelle est raccordé un échangeur thermique, tandis que la Fig. 2 montre une vue en coupe de la partie inférieure d'une telle chambre de combustion.
En Fig. 1, 1 désigne le brûleur à poussier de charbon. Il reçoit le combustible avec l'air primaire par plusieurs tuyaux 2, et l'air secondaire par le tuyau 3 qui vient directement de la souf- flerie d'air de combustion, non montrée au dessin. 4 désigne la chambre de combustion. Elle est garnie par les tubes 5 qui sont - parcourus par de l'eau de circulation qui entre en 6 et quitte la chambre de combustion en 7, ensemble avec la vapeur produite.
8 désire un corps de radiation en briques réfractaires servant à stabiliser la flamme. L'extrémité conique 9 de la chambre de combustion peut être formée par des tôles refroidies ou bien elle peut être garnie d'une maçonnerie en briques réfractaires. Dans tous les cas, on maintient à l'intérieur de la chambre de combus- tion une température qui dépasse la température de fusion des scories, même sous charge partielle.
Conformément au procédé suivant l'invention, les scories encore liquides sont entraînées totalement ou en majeure partie par les gaz chauds et sont enlevées de la chambre de combustion par les premières surfaces de chauffe par contact 10, par exemple verticales, et sont conduites vers le bas, tandis que les goutte- lettes de scories se refroidissent, durcissent et sont expulsées à la partie inférieure du collecteur de scories 11. Les gaz chauds mêmes sont déviés à température modérée autour des surfaces 12 et entrent, en 13, dans le deuxième étage de surfaces de chauffe de vaporisateur 14, où ils sont refroidis à la température nécessaire pour la surchauffe de la vapeur. 15 désigne le surchauffeur.
Les gaz chauds quittent le surchauffeur en 16 et sont amenés, par exemple, à une turbine à gaz qui entraîne la soufflerie pour
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l'air de combustion.
Les scories refroidies entre les surfaces de chauffe de va- porisateur 10 et refoulées à grande vitesse d'écoulement à travers les tuyaux, quittant ceux-ci pour la plupart à l'état finement pulvérisé. Elles peuvent alors être aisément évacuées par éclusage à l'aide de dispositifs appropriés, par exemple une vis sans fin et une roue cellulaire 17. La partie qui est soulevée par tour- billonnement est entraînée par les gaz chauds à travers l'échangeur thermique 14 vers le collecteur de cendres 18 et se précipite là, ou seulement dans un séparateur spécial de cendres, qui est dis- posé immédiatement avant la turbine à gaz.
Les scories ruisselant des parois de la chambre de combus- tion peuvent -aussi être évacuées séparément des scories entraînées par les gaz chauds. On peut par exemple ménager, autour de l'échan- geur thermique, un jeu 19 à travers lequel ces scories s'écoulent dans le collecteur de scories 20. Selon la température qu'on désire maintenir dans cet espace, les parois en sont garnies de tubes de vaporisateur 21 ou d'une maçonnerie.
De toutes les surfaces avec lesquelles les scories liquides ou pâteuses entrent on contact, seule la face frontale du côté de l'entrée de l'échangaur theiuique 10 constitue encore une sur- face de choc à laquelle des scories pourraient se fixer.
La production de fortes couches de scories est en fait impos- sible, étant donné que cette face frontale est exposée au pl'ein rayonnement avec sa plus grande étendue en profondeur, de sorte que la température est tellement élevée que les scories restant liquides et s'écoulent d'elles-mêmes vers le bas. Dans le but de pouvoir, malgré cela, permettre également la nettoyage par des moyens extérieurs, le dit espace est rendu bien accessible dans le voisinage immédiat de la face frontale de l'échangeur thermique, par exemple par l'ouverture 22. La Fig. 2 montre, à titre d'exem- ple, un dispositif de raclage 25 à l'aide duquel des scories adhé-
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rantes peuvent être détachées.
Ce même outil peut aussi conforter une soufflerie à vapeur, air ou eau, au moyen de laquelle les scories peuvent être détachées, par arrosage. Un regard 26 permet de surveiller le travail de nettoyage. L'outil 25 est formé par une tige ou un tube qui peut être librement déplacé à travers la botte à bourrage 27 et le soufflet 28. De la vapeur, de l'air ou de l'eau est amenée par le tuyau flexible 29.
On peut également établir le dispositif de raclage de manière qu'il fonctionne automatiquement. De même, les dispositifsde projection de vapeur ou d'air servant à nettoyer la face frontale peuvent être mis automatiquement en service à des intervalles déterminés. Pour se former une idée da la faible étendue des sur- faces dont les traces de scories doivent, au besoin, être enlevées, il suffit de signaler que la surface totale de la face frontale de l'échangeur thermique est inférieure à 3/4 m2, même pour des générateurs de vapeur ayant une puissance de vaporisation de 100 t/h environ, et qu'il faut encore déduire un peu plus de la moitié de cette surface comme section libre des canaux de gaz.
Pour fa- ciliter le nettoyage, on disposera avantageusement les ouvertures d'entrée des canaux aussi près que possible les unes des autres et dans un même plan.
Un tel procédé pour l'enlèvement des scories peut être utilisé non seulement dans des générateurs de vapeur, mais aussi dans d'autres applications. Il peut, par exemple, s'agir de la chambre de combustion pour une turbine à gaz fonctionnant au poussier d3 charbon, dans laquelle on utilise un échangeur thermique pour as- surer l'évacuation et le refroidissement des scories, lequel échangeur thermique produit de la vapeur auxiliaire ou sert de réchauffeur d'air. L'air à réchauffer peut être de l'air frais qui est mélangé aux gaz chauds, ou bien l'air de combustion qu'il est désirable de réchauffer à une température d'autant plus élevée que la chambre de combustion doit être chargée davantage.
Finale- ment, le dispositif proposé pour l'évacuation des scories peut e
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être utilisé dans tous les foyers dans lesquels on dispose d'une chute de pression suffisante pour imprimer une vitesse élevée aux gaz chauds et dans lesquels on peut, en outre, soustraire autant de chaleur que nécessaire pour obtenir le durcissement des scories.
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N3V.ND I CnT I ON . --ww----..¯-------.------ 1 Procédé pour l'enlèvement des scories de foyers, spécia- lement de foyers à pression pour combustibles fonçant beaucoup de scories, caractérisé en ce que la masse principale des scories est entraînée par la masse principale des gaz chauds produits dans la chambre de combustion et est conduite à travers un échangeur ther- mique qui forme une partie essentielle des surfaces de chauffe des- tinées à absorber la chaleur des gaz chauds.