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ProcAd-es et appareils perfectionnes pour brûler des combustibles solides finement d ivi55, , en suspension.
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Cette invention se rapporte à des perfectionnements
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'3l1X uour brûler des combustibles solides finement
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divisas en suspension et aux appareils pour Inexécution de
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ces procd s. Les combustibles solides dont la combustion est effectuée en suspension à l' ',t8.t fine:'1ent àîvis;1, tels que le charbon pulvris, peuvent varier tant par leurs ca.- ract4ristiaues' physiques oue par leur composition cyiw,icue. Les
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charbons présentent de grandes différences comme pourcentages
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d'hu"idit6 inh^rente, de matières volatiles, de c-rbone fixe et de cendres, de olie COnl'ne 'puissf1l1.ce calorifioue.
Toutes ces prorl'i,.t(,s influencent les ca.ra.ctristinL,es ci'" la combus- tion du c"1rbon, r'is probablement l' 1 ent nui joue le plus grpnd rôle d?ns la n,nière de brûler du combustible est la teneur. en cendres en raison de Ir. v,<1rir' tion de sp composition c hi':i::ue et due ses c;rnct.<ristirue#; physiques. Les problèmes soulevas par le. nature de la cendre ont t,' longtemps consic1'- res coir@@e des facteurs irportints dans la construction et le. fonctio,nnc-,:r,nt des foyers.
Non seulement la présence de cen-
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dres non combustibles grève le coût par calorie fournie u
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point d'utilisation et augTnente l'usure et les frais d'entre-
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tien des installations de préparation du charbon et d'évacua-
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tion des c,,c?-ndres., :'lLÜS leur comportement dans le foyer par
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suite de la formation de scories lorsqu'elles sont soumises
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aux tenpcratures de combustion peut altérer le caractère de la substance à manutentionner au point de rendre inefficaces les procr: d.1s mécaniques d'enlevé"ont et avoir pour cons<5- 01.1encre de réduire sérieusement le degr d'absorption de chaleur des surfaces refroidies par l'eau et 6e s'opposer au. maintien de conditions d. fonctionnement unifornes.
Bin vertu de son origine, la cendre de charbon est un mélange h-'t,,ro-ène d'61,,'roents constitutifs individuels possdant chacun ses caractéristiques de fusion propres. La cendre contenue d"ns le charbon provient de trois sources. principales, dont l'une résulte de sa nature vg t.le originelle, l'autre de la formation de dépôts par sdinentation et la
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troisième de la précipitation des solutions s'infiltrant à
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travers les terres.
Toutefois, les cendres en passant de le .¯
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phse solide à If' phase liquide treversert une one de transi- tion définie rr trois (,ir r de te..;i"r?1;ure, h"bitl1,:'11C",'n't dEsinés par: il température de el 'forwti¯on initiale, {2 ture, de à 'ior>' ti,on iàflit,1*ie, (7 t;.ip 'r<ture de Il1JicH V, Qui peuvent être dE.ter 'inées roll l:hor,-toir (:'1' dpc procEd 's stc'ncti'rds bien. connus, le résidu (le cendre d'un Echantillon de charbon brûlé lento' ent Etant Toul" en une bric110ttE: d)s òT.;.e conic1JG et les teil,,';f'r.'1tu.r8:" sn'cifÜ:t18S Ef'nt 0"t.c:;,...,i.- r=écfi c?,ns un four à moufle.
Ge> tr.:,,,,''r't1..1r(' dp é 'ioi=...-15¯çxii ini.- tirle est celle à lruel7¯e le cône co,";i-c or (1 '±'ol,.,ç'r et elle indique le -o-,,)ent 0" les particules 3. b ssi; to..pi%.iJr# df fusion cv r lange h t;vrot;éne cuti for''"c la cendre cO'''-PI1CE:l1t. se- rfmollir et à ci- 'enter les particules tr.y(,o,'r," t1.11'e de fusion ^leve. L te"''p'"r?-ture de r."ol.l,1.ss#..ent est c>1.le l[)('uelle le cône s'est :.îi?iss4 pPr fusion en une ^sr>e 5':t')"- rÜ:l..1e. Lé' terrntvre de fluidité est colle n 1.^uell¯c les clients constitutifs de la cendre atteignent tous leur trt
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de fusion.
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Des nnnlyses chi',1<:1,e:; ont '''ont:;:! r'ue 1" crnr. do charbon est forr1e es::entielle: 'ont r" OXY(E':3, due crbontcs de sulfures, de sulfates, de sili.cates et "lJtre:1 co'pos-'s sem- blables de divers métaux, chacun prsE;nt;:'Dt ses propres tem- pératures individuelles de d'''for"'?ticn init3 la, de rr,¯o17¯isse- "ent et (le fluidité. Ces 61:"8nts sont habituellement :;3.gn:l 's dans les rapports c1',malyses chL'Ü"lles cO"F1e t,n',; for "Es de silice (S102, d'alumine (A1203), de fer sous différentes fores, tel que le fer m-tallic,ue (Fe), l'oxyde ferreux (Fe 0) ou l'oxyde ferrique (Fe20;), de chux (Ca0) et (le <.rzn.<sie(""g0) .
NorJ:18le":ent, le fer est l' ,Ù6r'ent constitutif le plus vnri>- ble, et, habituellement 2,ccorr'p3gn0 de soufre:, il for,e un pour- centage notablement élev4 d= la teneur totale en cendres de beau- coup de charbons. La silice et 1'alumine, nui constituent 7¯a
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partie prédominante des-cendres, sont par elles-mêmes extrê-
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m.ement réfractaires. Elles restent à 1'<itat solide à des tem- pératures qui dépassent la temp-rature régnant ordinairement dans les appareils de combustion.
Toutefois, 1a. chaux et les
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magnésie, et certains composés de fer lorsru'ils sont chauffas
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à des temp4ratures 01ev(es en présence de silice et d'al1ne,
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présentent des propriétés fondantes actives et réagissent sur ces corps pour former un système complexe de silicates et
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d'aluminates oui possèdent des car8ctÁristi0ues eutectiques à des tewp4ra.tures de fusion considérablement inférieures à la gamme des températures de fusion de substances du riê-ie groupe.
Cette propriété fondante de 1s. cendre a été reconnue comme étant la cause de l'Órosion des maçonneries de la garniture en briques réfractaires de silice et à.'alwT=in; à; certains types
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de fours et qui se produit spécialement dans les fours qui utilisent des charbons dont les cendres ont une forte teneur de fer.
Lorsque la température d'un foyer est supérieure à
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celle de la fluidité des cendres, la manutention (le 1" cendre
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ou des scories fondues résultantes est relativement simple.
De 'même, lorsque la température du foyer est inférieure à celle
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de la. déforu8tion initiale de la cendre, les cendres se trou- vent d.ans un état particulier ou état Hsee!! et peuvent être manutentionnées aisément. Toutefois, dans la gamme des te1=p±-
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ratures entre les limites de la déformation initiale et de'la
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fluidité, la scorie se trouve à un état de viscosité rlasticue m
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et sa manutention constitue un problème dont la solution présente de notables difficultés; du fait que la scorie à cet état adhère à presque toutes les surfaces avec lesquelles elle vient en contact et réduit considérablement Inefficacité de toute surface destiné eà absorber la cha.leur ainsi pourvue d'un revêtement épais qui peut obstruer les parcours de gaz entre les tubes de chauffe.
Non seulement les températures spécifiques de défor- mation initiale et de fluidité de la cendre varient suivant la nature des cendres des différents charbons employés, mais la gamme des températures entre ces limites peut aussi varier dans une très grande mesure. Par exemple, une cendre de charbon déterminée peut avoir une température .de déformation initiale relativement faible de 2020 F pour une température de flui- dité de 2420 F présentant ainsi une gamme de 400 F, alors qu'une autre cendre de charbon peut avoir une température de déformation initiale de 2180 F et une température de fluidité relativement élevée de 2860 F présentant ainsi une gamme de 680 F.
Un autre facteur en rapport avec les caractéristiques de la. cendre de charbon réside dans la. séparation sélective de la cendre qui s'effectue sur toute la longueur du trajet parcouru par le courant de combustible en ignition. Les différents in- grédients individuels du mélange de cendre hétérogène ne se déposent pas nécessairement à la même allure et un pourcentage plus élevé des plus gros éléments constitutifs et/ou des élé- ments plus denses se déposera en premier lieu dans le parcours suivi,en provoquent une modification des températures de défor- mation initiale et de fluidité des ingrédients restants de la. scorie en des points subséquents.
On a également reconnu en procédant au laboratoire à des essais de fusion de cendres ou de scories de charbon, que. la nature de l'atmosphère dans le four de laboratoire, c'est-à- dire son action oxydante ou réduct.rice, peut notablement altérer la, valeur des résultats, dans une mesure de plusieurs centaines de degrés F de la température de fusion apparente de l'échan- tillon.
Ceci a. été confirmé par de nombreux essais d'échantil- lons et on a trouvé qu'il se produit une extension déterminée de la gamme des températures entre les températures de défor- mation initiale et de fluidité lorsque l'atmosphère oxydante est remplacée par une atmosphère réductrice aussi bien s'il s'agit d'une cendre obtenue par une combustion lente d'un échantillon de charbon que si l'on a affaire à une scorie ré- sultant de la combustion du charbon dans un foyer de chaudière ou autre foyer analogue. On a également constaté que la diffé- rence que présentent les gammes de températures des scories dans les conditions d'oxydation et de réduction est comparable à celle trouvée pour les cendres.
Or, on a trouvé que les échantillons présentant les plus grandes différences dans l'étendue de la gamme des tempé- ratures entre les limites de la déformation initiale et de la fluidité, suivant qu'on opérait en atmosphère oxydante ou ré- ductrice, possédaient habituellemtn une plus forte ,,teneur en fer et qu'il existait apparemment une relation algébrique entre la teneur en fer des cendres et le degré auauel les conditions oxydantes ou réductrices peuvent modifier la gamme des tempéra- tures. Le fer peut exister dans la cendre et la scorie à l'état d'oxydes, comme il a été dit ci-dessus, et son a.ptitude à se combiner avec la silice, c'est-à-dire son activité .comme fondant est maximum lorsqu'il se trouve à l'état ferreux (FeO).
L'oxyde de degré le plus élevé (Fe203) ne réagit pas sensiblement et sa
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présence dans la scorie constitue uninvement l'existç.nce 4'<- lônents additionnels possédant des points de fusion individuels relativement Flev8s. Bien nue le fer t#rt;:1l1ir<lJe puisse prendre naissance dans des conditions fortement réductrices et nue de petites nuentitr,s ont trouvées dans certaines scories, on a, trouvé que les conditions usuelles président à 1a formation des scories dans les foyers Rtpient beaucoup plus fpvornbles à la production de cet client à l' pt0 t ferreux et par consc7 quent à l'obtention d'un pouvoir fondpnt 8ximUT.
Les cpr?ct -
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ristiques des différents oxydes de fer qui tendent à codifier l'état des scories dans un four sont les suivantes:
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point de chaleur moléculaire chaleur d yfusion de formation g4e (-3.,t.,u.
OF. (cal/ g.f.w.) par livre rie ¯¯¯¯ .-.-¯¯...#.-.--.#.¯--.-..¯........ter)¯¯¯¯¯ Feo (Fe = 7"3"e 2538 61.0-U 3068 Fe;¯.0 (Fe = 7U.5v.) 234e 190.700 506±
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Dans le présent proc,,d < perfect.i.oo.'l: pour brûler
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des combustibles solides finement divises en suspension, on
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arrive à utiliser avec succès la variation des te'p-'r turcs de fusion des cendres d:::1s les conditions oxydantes et r"r11Jctri- ces, et particulière 'ent lorsr'1..1e le combustible e"",)1oy/ possè- des des cendras à forte teneur en fer. Le nrocl erfectj0nn(, est particulière"ent ar,,;Licble dans les foyers o, une Îr-l,e
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partie de la teneur en cendres du combustible doit être enlevée
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1) tnt fondu.
Dans les proc-d-,s habituels de co "oustion de charbon finement divisa en suspension, le 1) (l,"',nge 0('> charbon et d'air pri0"irs est envoya .au foyer a une te,'''p/1'0it1.1re habituellewent de 150 à ï00 x. L' 011' second-aire r/ c1>"'11ff/ ni'notre à une te,"p (r::1.ture plus '(lev/e et se ...*la.ng; pu courant de cherbon et d'air primnire. La déshydratation et ion distill"tion des natieres volatiles se produisent rqride 'ent dans les particules de charbon et la combustion des r^ tières volatiles et du carbone fixe s'effectue olors.
LOrsnl..18 le charbon est brîil' de
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haut en bas dans le foyer,, -Les particules les plus gros.:es et
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les plus lourdes tendent 1 tomber sur le fond, s:!,"r,nt ainsi un pourcentage disproportionné des :7¯' entsconsti.tvti.fs de la cendre, ainsi aucune certaine nv"'nti t-= de charbon de plus grosses r¯7.ï.wensions, les 1 ents cawhustibles brûlant sur 7¯ couche de scories oui recouvre le fond. Le charbon oui reste en susoension brûle rapide'ent des nasses s;ri1.1es ou des nodules de cendre libre se for"cnt 1 1 surf,ce des inarticulés de charbon, une partie de 1a cendre entrnt en fusion sous Inaction des te''ipar"tures existantes tandis mue le surplus reste à l' tat de poudre sèche. Le volume de particules de charbon
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en combustion et de cendres est entrain,' par le courant Fameux.
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Si la temDfrature des particules de scorie fondue dans le courant gazeux est abaissée par r:rfOnYl0""ent la sur- face depbsorrtion de chaleur oui llentoure, jt1S0U'À une te"'- p'::r8tu.re comprise entre la température de eforw^fion initiale et celle de 1"' fluidité la scorie devient Vis0P9Dse et adhère à presoue toutes les surfaces avec lesouelles elle vient en contact,et.sur lesquelles elle tend à s'accv'111.1ler en des pronor- tions inopportunes. Ceci a non seule-'ent pour ef At Accroître les difficultés de manutention des scories, pis encore de donner lieu à. la. formation d'ime couche isolante sur toute surface dl-bsordtiori de chaleur à laquelle la scorie s'est fix"p n
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et d'en réduire notable ent les propriétés d'absorption dé la chaleur.
Cette situation désavantageuse cr4ée par les particules de scorie existe jusqu'à ce oue la. température des particules dans les gaz de chauffe devienne inférieure à la température de déformation initiale de la scorie et que la scorie soit à l'état solide ou sec.
Dans le présent procédé perfectionne pour brûler un combustible solide finement divisé en suspension, la pério- de pendant laquelle lascorie entraînée se trouve à un état intermédiaire entre l'état fluide et l'état solide, est réduite à un minimum, de telle sorte que les problèmes soulevas par la présence de la scorie à l'état visaueux sont évités dans une grande mesure. Suivant l'invention, la scorie est d'abord soumise à une atmosphère réductrice de manière à présenter une faible température de fluidité, et une fluidité correspondante, ce qui a pour effet d'en faciliter les manutentions dans cet état.
Les particules de scorie évacuées de la zone réductrice passent dans une atmosphère oxydante où la température de d- formation initiale de la scorie est élevée dans une notable me- sure,de manière à amener la scorie rapidement à l'état solide et faciliter son enlèveent dans cet état. Ces principes essen- tiels peuvent être applinués pour brûler des combustibles fine- ment divisés en suspension formant des scories, dans un foyer de chaudière ou autre appareil à chauffer des fluides, en ré- glant ou en proportionnant l'arrivée de l'air de combustion aux différentes zonespour obtenir une atmosphère réductrice dans une zone réductrice et une atmosphère oxydante dans une zone suivante entre la zone réductrice&es surfaces de chauffe prin- cipales chauffées par convexion.
L'appareil de chauffage de flui- des peut par exemple être une chaudière appartenant au type général décrit dans les brevets No2.422.363 et 437.254.
La présente invention comprend le procédé pour brûler des combustibles donnant lieu à des scories,*dont les tempéra- tures de fusion et de déformation des cendres varient notable- ment en fonction de la teneur en oxygène d'un agent fondant contenu dans la cendre de telle manière qu'une forte teneur en oxygène conduit à des températures de déformation et de fusion relativement élevées,qui consiste à amener le combustible des- tiné à être brûlé à l'état de suspension, à l'intérieur d'une zone, à amener dans cette zone de l'air de combustion en quan- tités limitées telles que la scorie résultante possède une tem- pérature de fluidité relativement basse,
à enlever la scorie de la zone à l'état fluide et à amener dans une seconde zone où circulent les gaz de la première zone un supplément d'air en quantité telle que la scorie entraînée dans cette zone acquiert une température de déformation relativement élevée et que la solidification des particules de scorie entrainées est accélérée.
L'invention porte aussi sur un procédé destiné à brûler des combustibles ayant tendance à former des scories, dont la. cendre possède une notable teneur en fer, qui consiste à amener le combustible pour le brûler en suspension à l'inté- rieur de la zone, à amener dans celle-ci de l'air en quantité limitée propre à favoriser la formation d'oxyde ferreux dans la scorie, à enlever la scorie de la zone à l'état fluide et à envoyer dans une seconde zone à l'intérieur de laquelle circu- lent les gaz venant 'de la. première zone un supplément d'air en quantités propres à favoriser la formation d'oxyde ferrique dans la scorie entraînée dans cette zone.
L'invention concerne en outre une chaudière tubulaire comportant une chambre de combustion aménagée pour recevoir la A
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totalité du combustible pour le fonctionnement de 1a chaudière,
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une section à convexion, un passage intermédiaire d'e;;:1:;r: ou pour ainsi dire dégage s'ouvrant à l'une des extrf;flit/s dans la chambre de combustion et à l'autre extrit' dans l? sec3on 9 convexibn.., un dispositif pour décharger dans la Ch""1bre de combustion du combustible solide destina a brûler en svs-1ensòn, un dispositif pour amener l'air de combustion en riimntit± ré- glable à la chambre de combustion et une sortie cour 1a scorie fondue à la partie inférieure de la chambre de combustion, con-
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jointer:
"ent avec un dispositif pour fournir aux gaz circulant dpns le passage et lorsqu'ils se trouvent en un endroit ±loign" de l'extrp'01itf de sortie de ce passage un s1.J\,pl.(""ent d'air en auan- ti t réglable.
L'invention concerne encore une chaudière tubulaire comportant un foyer ou une chambre de combustion, une section
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de convexion, un pas:;age dpgagn en fcr e de U renvers co'pre- nant des parcours ascendants et descendants dont les extr-
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nit4s inférieures sont raccordées respectivement aux parties inférieures du foyer ou chambre de combustion et de !a section
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de convexion, un dispositif pour amener à la chambre d combustion du combustible destina à être br'll à 1"'tnt de suspension, un dispositif pour 8'''ener l'air de combustion en nu-.7ntit' rl"'ble à la cba'nbre de combustion et une sortie noiir tn cendre fondue à l'extr6'"'itp inférieure de la chambre de combustion,
conjointement avec un dispositif pour envoyer dans le passage un supplément d'air en une région éloignr'e de la section de convexion.
On décrira ci-après l'invention à titre d'exemple
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en se rrfhr8nt aux dessins annexas dans lesquels: Figure 1 est une vue en coupe longitudinale verticale
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d'une chaudière à vapeur suivant 19 ligne 1-1 de la figure 7; Figure 2 est une autre coupe verticale longitudinale de la chaudière, suivant la ligne 2-2 de l? fig1.1rr- (; Figure 3 est une coupe horizontale à plus grande 'chel- le oue les figures 1 et ?:, suivant 1a ligne 7-7, de In figure 1; Figure 4 est une coupe transversale a travers la sec- tion d'absorption de la chaleur par convexion de la Cl1P1.1li6re; Figure 5 est une coupe verticale glewnt a plus grande échelle,suivant la ligne 5-5 de 1? figure 1; et Figure 6 est un di8gr'1m'l1e des conditions 01'j se trouve la scorie dans une chaudière fonctionnant suivant l'invention.
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Sur les figures 1 à 5 des dessins on r8prlsentf quelque peu schprrtiC'l1ement une chaudière s veneur /t?hlie pour une capacité de 550.000 livres de vapeur par heure à une pression de 2650 livres par pouce carr, une température cons- tante de vapeur surchauffée de 940 F et une température de
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réchauffage constante de 900'F.
L'installation fixe de li chaudière est divisée en une chambre de combustion 10 et une section de convexion 11 oui en est distante latéralement et
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y est raccordée par un long passage vertical intArw';75^re de gaz pour ainsi dire complètement dr\g!]gf, comportant des parcours ascendants et descendants 12 et lv respectivement. Le gros- oeuvre de l'unité va-(oratoire, le foyer ou chambre de COy,'b1JS- tion, les parcours ascendants et descendants et 1a section de convexion sont de section transversale rectangulaire, le gros-
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oeuvre, c'est-à-dire la maçonnerie, étant constitué par une paroi avant 15, des parois latérales 16 sur les deux côtés et une paroi arrière 17.
La chambre de combustion est pourvue d'un ciel incliné 18 et d'un fond 19 et est séparée de la sec- tion ascendante 12 du passage, sauf à, la partie inférieure de sa face arrière, par une cloison 20, refroidie par circulation d'un fluide, qui s'étend de haut en. bas en partant de l'ex- trémité arrière du ciel 18 du foyer. Les parcours ascendants et descendants sont sépares l'un de l'autre, sauf à leur extraite supérieure, par une paroi refroidie par circulation de fluide 21, qui s'étend de bas en haut en partant de la partie inférieure de la maçonnerie.
Le parcours descendant 13 et la section de convexion 11 sont aussi séparés l'un de l'au- tre sauf en leurs extrémités inférieures par une paroi à refroi- dissement par circulation 22 s'étendant de haut en bas à par- tir du sommet du gros-oeuvre. Par cette subdivision du gros- oeuvre de la chaudière, les gaz de chauffe quittant la cham- bre de combustion 10 par la partie inférieure de sa face arrière s'élèvent dans le parcours 12, descendent dans le parcours 15 et montent dans la. chambre de convexion 11 dont l'extrémité supérieure est raccordée à un ventilateur de ti- rage induit (non représenté).
Le ciel 18 de la chambre de combustion est pourvu d'une lumière de brûleur allongée qui s'y étend transversale- ment à proximité de la paroi avant 15 et communique avec un caisson d'air comburant 25 muni d'une série de registres 26 réglant l'admission de l'air. Un grand nombre de tuyères de brûleurs à charbon pulvérisé 27 d'un type à turbulence appro- prié sont montées dans le caisson à air 25.de manière à décharger des filets d'air primaire et de charbon pulvérisé en suspen- sion de haut en bas à l'intérieur de la chambre de combustion
10. Les parois verticales, le fond et le ciel de la chambre de combustion.sont entièrement refroidis par circulation de fluide, comme c'est indiqué, au moyen de tubes va.porisants qui permettent à ces parois de résister à la permanence d'une température moyenne normale élevée.
Les tubes de refroidisse- ment de la chambre de combustion sont raccordés à leurs ex- trémités supérieures de -Panière à se décharger dans un corps cylindrique à vapeur et eau 28 disposé transversalement à la partie supérieure de l'installation fixe de la chaudière. Un orifice d'évacuation des scories 29 normalement ouvert est établi dans le fond 19 de la chambre de combustion pour per- mettre de décharger la scorie fondue de la chambre de combus- tion 10 et du parcours ascendant 12 d'une façon continue dans un dispositif collecteur de scories approprie.
La surface vaporisante est pour ainsi dire entière- ment constituée par des tubes chauffés principalement par rayonnement et placés dans la partie de l'installation occu- pée par la chambre de combustion 10 et le parcours ascendant 12.
Un corps d'eau transversal inf4rieur 30 raccordé au corps 28 par des tubes de descente externes de grand diamètre 31, sert à fournir l'eau aux tubes vaporisants qui garnissent les surfa- ces délimitant la chambre de combustion et les parois avant et arrière du parcours ascendants 12. Une rangée de tubes 32 contribue à former une cloison à refroidissement par circulation de fluide 20 et les parties des tubes établis dans la cloison sont faites de tronçons verticaux recouverts de matière ré- fractaire pour fermer les espaces entre les tubes.
Les parties
32a des tubes 32 situées au-dessus de la cloison 20 sont recour- bées d'abord vers l'extérieur avec un certain écart entre elles à l'intérieur du parcours de gaz 12 et ensuite verticalement à travers la section 32 qui constitue le sommet des parcours
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ascendants et descendants, pour se raccorder finalement qu corps
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cylindripue 28. Les parties '.b des tubes inteT'(/clirires due la rangée, situées en-dessous de la cloison PO sont recourbées en arrière au travers de la partie infri2ure du Dprcours la vers la partie inférieure de la cloison 81, avec un certain à.4ca.lage vertical des tubes adjacents, de manière à forcer un écran tubulaire inclina en travers de la partie înf/ri,;v1 e du parcours, comme c'est reprsant sur les figures 1, 3 et 5.
Les tubes '--2 oui se trouvent de part et d'autre des tubes intermé- diaires ont leurs parties inférieures 2<2c recourbées latérale- ment dans le plan de If cloison 20 jusqu'à proxi'"'if" de la paroi latérale correspondante 16, pour se diriger ensuite vers 1''arrière parât lele'"ent entre elles et fin" le'cent de haut en bas vers un collecteur d'alimentation. Une autre r"'r)g''p de tubes part du corps cylindrique Y0 le long de la paroi '1, et les parties 25a de ces tubes situées au-dessus de l'extr;:'1it' supérieure de la cloison sont repliées et pm6n8ges de façon à former un écran de tubes entre les parcours ascendant et des- cenda.nt 12 et 13 respectivement. La cloison 21 est constituée
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par les parties verticales des tubes Z5 et la matière rfracti- re intercalaire qu'elles supportent.
Une grande partie de 1a surface d'absorption de chaleur de l'unité évaporatoire est utilisée pour satisfaire aux exigences de la surchauffe de la vapeur et du réchauffage de la chaudière. Comme le montrent les figures 'et 4. la section de convexion 11 est divisée par une cloison verticale 42 en une paire de passages juxtaposés latéralement 40 et 41. Ces passages sont pourvus à leurs extraites supérieures de jeux
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de registres de réglage 40a et 41a respectivement pour pl'opor- tionn.er le courant de gaz de chauffe oui les traverse.
Le passage 40 est de section beaucoup plus grande gue le passade
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41 et contient des faisceaux sur'erpos relias en strie de tubes de svrchaviieur horizontaux f.troi t8'l'E.mt rapprochas 47 recevant la vapeur saturée du corps cylindilirve :8 par 1-inter- médiaire des tubes 44 et d'un collecteur r'adaissior. 4[, du sur- chauffeur. Les extr/,nitfs inférieures des tubes du faisceau tubulaire inférieur du surchauffeur s'ouvrent, dans un collec- teur commun 46 à travers lequel la va peur se dirige vers un
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df surc118.uffeur ou un :":'oc1 ?r8teur réglable 47 si tuf, à l'exté- rieur de l'unit/.
Le faisceau tubulaire de surchauffeur 4 constitue la section de ccnvexion du surchauffeur. Ce dernier comprend aussi une notable étendue de surface d'absorption de la chaleur de rayonnement constituée par des groupes de tubes
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'(3 espaces tr--nsvers-,)le,'ent dans le pprcours descendant l' s'étendant de haut en bas en pprtant d'un collecteur d'entrle commun 49 situé au-dessus de la. section 7? for r¯t le son:7-et dé la chambre. Le collecteur 409 est raccord''- <01) côt' sortie, de vapeur du d<isvrch>.uffevr. L' extT'fY'i t' inf"rtel.1rC' r G chrne groupe de tubes de surchauffeur 48 est dirigée oblique ent vers l'arriére et se raccorde un collecteur externe 5C.
Tous les
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collecteurs 50 sont, relias us collecteur de c1/cnc;re;e co.""iln 51. Les groupes de tubes 4.8 constituent minsi la section rayonnante du surchauffeur et subdivisant le narco,¯rs descen- dpnt 12', en une série c7o longs carneaux verticaux parallèles 5 .
La surf,-,ce de réchauffage de le valeur est -"g-le; Pl1t divisée en sections rie convexion et de rnvonnerent, 1=- sec- tion de convexion consistant en une s"T'i0 de faisceaux b)bt1- laires horizontaux relias en srie 5, logIs d-ns le passade en dérivation 41 et recevant leur charge dp' vapeur d'un col- lecteur d'admission 54, le faisceau r):c':i"t1f'el1î' 1", plus 1:;ps se d/ch8rgernt dans un collecirur de sortie 5. 'L-ln vneur ''L rcrx-,uffFe passe du collecteur 55 dans des collecteurs 5C' sjtT!''s
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en-dessous des parties des parois latérales qui constituent les côtes des parcours ascendant et descendant 12 et 13.
La section de rayonnement du réchauffeur est partiellement consti- tuée par des rangées de tubes 57 s'étendant des collecteurs 56 le long des parois la.térales des deux parcours à un col- lecteur supérieur 58, comme c'est représenté sur la figure 2.
Le collecteur 58 est relié à son tour à une rangée de tubes 59 qui descendent le long de la section 33 du sommet et de la cloi- son 22 et en travers de l'extrémité inférieure de la section de convexion 11 en une disposition à gradins pour former un écran tubulaire transversal 59a. Après avoir formé l'écran tubulaire, les tubes 59 sont de nouveau ramenés dans un même plan et s'éten- dent de haut en bas pour former @ food un fond incliné de ré- frigération par circulation 60 en=dessous de la section de convexion. Les tubes 59 s'étendent de haut en bas pour former la face arrière d'une trémie 61 destinée à recevoir la cendre séparée des gaz dans le parcours descendant et la section de comvexion, et ils se terminent finalement dans un collecteur de sortie 62 du réchauffeur.
La chaudière comprend aussi une notable étendue de surface d'économiseur formée par des faisceaux de tubes super- posés 65, disposés horizontalement et reliés en série dans le passage de covnexid principal 40, et des sections semblables 66 dans la partie correspondante du passage 41. Un collecteur d'admission d'économiseur 67, un collecteur intermédiaire 68 et un collecteur de sortie 69 sont raccordés aux tubes pour établir un courant d'eau descendant à travers les sections 65 et un courant ascendant à travers les sections 66, le collec- teur 69 se déchargeant dans le corps cylindrique 28.
Un réchauffeur d'air tubulaire, consistant en une série de faisceaux de tubes horizontaux 70 espacés dans le sens vertical, est monté dans la. section de convexion 11 au-dessus du niveau des registres de réglage 40a et 41a et sert,de source d'air réchauffé sous pression. Des registresde réglage 71 peu- vent être employés pour régler la quantité de gaz de chauffe passant entre les tubes du réchauffeur d'air logés dans un étroit passage de dérivation 72 sur l'un des côtés du réchauf- feur d'air.
Le conduit de sortie de ce dernier est raccordé aux brûleurs de combustible 27 et au caisson à air 25 pour assurer leur alimentation en air primaire et secondaire réchauf- fé
Le conduit de sortie du réchauffeur d'air est égale- ment relié à un conduit horizontal 80 s'étendant transversale- Fient au sommet du gros-oeuvre au-dessus du corps de vapeur et d'eau 28. Le conduit 80 est pourvu d'une série de petits con- duits de décharge 81, munis de registres de réglage individuels 82, les extrémités inférieures des conduits 81 passant entre les tubes de rechauffe 59 dans une région du sommet 33 en avant de l'écran de tubes 35a.
Par cette disposition on peut en- voyer une ouantité réglable d'air tertiaire à l'extrémité supérieure du parcours ascendant 12 en une série de filets espacés transversalement dirigés de haut en bas en avant de l'écran tubula.ire pour le mélanger intimement aux gaz ascen- dants.
Dans le procédé habituellement employé pour brûler du charbon pulvérisé dans une chaudière à vapeur du type géné- ral décrit, mais sans les conduits d'amenée d'air tertiaire 81, la totalité de l'air envoyé à la chaudière poux la combustion, c'est-à-dire la. ouantité théoriquement nécessa.ire pour la combustion et un excès convenable de 15 ou 20% par exemple,
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doit être agence à la che, C'bre de combustion ICI crr,@,e mir com-
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burent primaire et secondaire de telle sorte nue l'atmosphère
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dans la chambre de combustion 10 est dpfinitiverent oxydante.
Le volume de la chambre de combustion et 1? surface d Absorp- tion de la citaleur doivent Être proportionnées Dour neI"o8ttr'e de maintenir nor)1'é1.leTent une température moyenne supérieure à IF température de fluidité de ln cendre de fcon rve 1 cendre qui se sépare dans la chambre de coc1b1Jstion 10 se dépose sur le fond 19 à l'état fluide et s'écoule par l'orifice dn 0'(ch"'I'- ge 29. Les gaz de chauffe, co7:portznt une certaine 0n::>ntit/ de particules de scorie en suspension, quittent le clip-ibrp de cor,- bustion 10 par l'ouverture la partie inf'(ri "urs de 1.x cloison 80 et s'élèvent à travers le parcours Rscendnt 1-'..
Les art-
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cul es de cendre ou de scorie en suspension se refroidissent
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dans une certaine "esure à l'int.'rieur de cette section et 1<' scorie qui y est s,pnr-e to:flbe ou s'écoule de :!1rc1.lt. en bps sur la partie sous-jacente du fond 19 et est dÀcl;.Trg6? --,)r l'orin,- ce d'évacuation 29. Les parois de la chpl-rbre de combustion nri- maire 10 et le parcours ascendant 12 se recouvrent de scorie à l'état fluide nui s'ncoule de haut en bas le long de ces 'onroi.s
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jusqu'au fond 19. Les gaz ,de combustion et les particules de
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scorie restant en suspension passent av travers de 11-crrn 358 et descendent ensuite dans le parcours descendant 1 01' ils se refroidissent progressive'ent par ravonne-ent de leur chaleur à la surface d'nhsorption de chpls1..1r riii les entour'-.
L'étendue de ln surface de refroidissement est C,,ter,inE! de telle façon que les particules de scorie se trouvent 3, l''tt plastique ou visn1.1eux de le gae des entre les températures de déformation initiale et de f,1.uiditf lorsqu'elles circulent dans le parcours descendant 17. Il faut nue les par- ticules de scorie acquièrent un sec ou solide pendant 1e
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teps qu'elles mettent à atteindre le tournent du circuit des
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gaz sous les extr11iitfs inférieures du parcours descendant et de la section de convexion, de telle sorte eue lorsnu'11,es viennent en contact avec les tubes très rapprochée de 1a sec-
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tion de convexion., les particules de scorie qui se déposent
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éventuellement sur ceux-ci peuvent en être enlevées assez fac- lement.
Les perticules de scorie s4v-rl--es dans le D8rcours des- cendant èt la section de convexion toYObent sur le fond inclin/
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60 ou directement dans la trémie 61. Le mode de fonctionnement décrit assure le maintien
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de températures excessivement 41e%Fes dans la ch"'"'bre de cO''''D1JS- Hon 10, de telle sorte oue les scories oui y sont s-idnrp-es atteignent l'ctat de fusion et peuvent être enlevées facile-
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ment, ainsi que le refroidissement progressif des gaz de
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chauffe et des particules de scorie en suspension quittant la chambre de combustion, pendant leur passage travers les par- cours ascendant et descendant, de façon nue lorsnv'ils nttei-
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gnent la.
section de convexion, les gaz de chauffe, se trouvent
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theoriouenent à une température à lanvelle les tubes du surchauffeu-r peuvent être exposés sans danger et les particules de scorie à une température à laquelle elles acquièrent un font solide qui en perret l'enlevèrent et la s';rtion DFr 1-- tri-mie
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61.
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Lorsr,u'on brûle du combustible fin0"ent divis! en
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suspension dans une chaudière suivant l'invention, on emploie
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pour ainsi dire la rr:
ême cuantit totale d'air comburant ni¯le celle qui serait utilisée normalement, r z.s l'arrivée d'air ? la chaudière est divisée de telle -,,c,nière rue les conditions
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existent dans la chambre de combustion 10 et dans le parcours
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ascendant 1P sont "réductrices", c'est-à-dire que les condi-
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tions sont celles qui favorisent la transformation en oxyde
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ferreux FeO. du fer qui se trouve dans la scorie,tandis que les conditions dans le parcours descendant 13 et la section de convexion 11 sont "oxydantes", c'est-à-dire que les conditions y sont celles qui favorisent la transformation en oxyde ferrique Fe203 du fer de la scorie.
Les arrivées d'air primaire, se- condaire et tertiaire peuvent être facilement proportionnées au moyen des registres régulateurs décrits, de façon que, par exemple, la. quantité totale d'air primaire et secondaire four- nie à la chambre de combustion 10 soit approximativement égale ou légèrement supérieure à la quantité théoriquement nécessaire, le surplus d'air étant fourni par les conduits d'air tertiaire
81 au sommet du parcours ascendant.
Le maintien des conditions réductrices dans la chambre de combustion 10 implique deux modifications importantes des conditions de fonctionnement, premièrement une réduction de la température de fluidité de la scorie en fonction de la quantité de fer présente dans la scorie, et secondement, une augmentation de la température adiabatique, puisque la même quantité de combustible brûlé dans le même es- pace avec une quantité réduite d'air comburant assure un déga- gement de chaleur équivalent avec une plus faible masse de gaz résultants. Une diminution de la température de fluidité de la scorie tend à augmenter la fluidité et à réduire ainsi l'épaisseur de la couche de scorie déposée sur les parois de la chambre de combustion et aussi la température effective de cette surface.
L'absorption de chaleur des parois de la cham- bre de combustion augmente par conséquent non seulement en rai- son de la diminution de la température de fluidité de la scorie,' mais aussi à cause de l'augmentation de la différence entre la température adiabatique et la température de fluidité de la scorie. Par suite de cette augmentation de la capacité d'absorp- tion de la chaleur des parois du foyer des gaz quittant la chambre de combustion et pénétrant dans le parcours ascendant se trouvent à une faible température et le fonctionnement dans le parcours ascendant se fait à un degré de température réduit d'une manière correspondante.
L'addition d'air tertiaire au sommet du parcours ascendant conduit à trois résultats; premièrement, une atmos- phère oxydante est établie dans la partie de la chaudière qui vient à la suite du sommet du parcours ascendant, et cette atmosphère provoque une élévation de 1a température de déformation initiale de la scorie en fonction de la teneur en fer de celle-ci, de telle sorte que la scorie peut se trouver dans un état sec ou solide à une température élevée dans une proportion correspondante; secondement, la combustion de toutes quantités restantes de combustible dans les gaz est rapidement achevée par suite de l'addition d'2ir et du mélan- ge efficace assur par l'écran tubulaire 35a immédiatement après que l'air tertiaire est admis dans le courant de gaz ;
et troisièmement, l'addition d'air tertiaire à une température considérablement inférieure à celle du courant de gaz provoque une nouvelle réduction de la température des gaz qui produit plus ou'une compensation de la chaleur supplémentaire fournie aux gaz par l'achèvement de la combustion et par la réaction exothermique de l'oxydation de l'oxyde ferreux (FeO) en oxyde ferrique (Fe203) et qui s'élève approximativement à 1000
B. t.u par livre de fer.
Le rapide changement qui se produit dans l'atmosphère du trajet parcouru par les gaz et au cours duquel les par- ticules de scorie passent des conditions réductrices aux con-';' ditions oxydantes et l'augmentation consécutive de la tem- pérature de déformation initiale de la scorie, conjointement avec la réduction de la température des gaz de chauffe par -suite de leur dilution par l'air tertiaire ont pour effet net
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de réduire la pvriode de te""os et la partie 1"11.1 circuit t "11 cours de laquelle la scorie se trouve dans 'un. tat plastique ou visqueux et d'assurer définitivement gue la température de la
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scorie eu rrO;11ent 01\ elle atteint la section r;
convexion soit inférieure à la température de déformation initiale. L ch7-- bre de combustion 10 et le parcours ascendant-. 10 constituent ainsi la zone de réduction de l'unit! 0V'1T.'Orpt.oirp, tandis vue le parcours descendant 17 et 1 section 0e convexicn Il coi ;ti¯- tuent la zone d'oxydation. La grande vitesse des P-7 è(scen,1"'l1ts ajoutée à la pesanteur tend à 1#ire tomber d-ns i- tr/"ie 61 toute le cendre nui s'accurule sur les ^^rc.s du rwrcours des- cend-nt et oui se trouve normale ent à 1" 't,t. spongieux.
L" plus grande propret! de le surface d'''bsorction de la chaleur dns le parcours descendant permet d'obtenir vn oro,cf1'" c1'"lisorDtion ne c*.leur plus c\levr dins cette section nue (1'H13 le ü"rCOl1rs '1S- cend:'nt bien cme In te v¯,ortvr^-¯ des rrn:;- fin sn-1 plus levée dans ce dernier,' ce Gui pour 8f'et de réduire 1; ts P,-Irature des gAz "n'tr2.nt dans la section de convexion.
A la partie inférieure de 1- figl1r 0, le gr0i0us X indinue le pourcentage de fer à 7¯' 1-.^t Fe chns 1" scorie ruz différents points , B, C, D, E, F et G du'trajet parcouru par les ga.z. indicus sur la coupe verticale sclj.--"ti-l18 de 1 C11é'lJ- dière et à 17. souche du graphique dans l cendre Qv charbon utilis', tandis nue le graphioue Y 'montre le pourcentage de 1a conversion du fer en oxyde ferrique en ces différents points.
A 1a partie supérieure de 1a figure 6 se trouvent une srie de paires de colonnes dont 1a paire de côt gauche se rapporte à
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la. cendre du cherbon utilisé, tandis nue les "1.1tres se repor- tent respective.sent à la scorie aux points A, B, C, D, F F et G. la partie inférieure de chanue colonne est hachurée et la base de la partie hachurée indique la température de d'for-
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mation initialeà l'^chelle donnfle, la jonction entre les par- ties hachurée et non hachurée désigne la tep'rture de ramol- lisse'lient et le sommet de la partie non hachurée indicue la température de fluidité.
La colonne du coté gauche de chaque paire montre les résultats obtenus lorsque la combustion est effectuée dans les conditions réductrices, tandis oue la colonne du côte droit motre les résultats obtenus lorsque la combustion se fait dans les conditions oxydantes.
Les résultats représentes sur la figure 6 ont été obtenus dans une chaudière chauffée au moyen de charbon @meu de Pittsburgh dont la cendre contient environ 139de fer
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(à l'itat de Fe). L'air comburant avait t divisa av point qu'un peu plus de ln quantité tl1Óorinu8'-cnt nécessaire pour assurer une combustion complète, ':
t2it envoy' z la chambre de combustion 10, et un excès d'air d'environ 10 . fêtait ajout au parcours de gaz ascendant 12..En raison de 1a faible quan- tité d'air en excès dans la chambre de combustion 10, il fut
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possible d'obtenir une température ad.i,3b?ti<..ue rlev'e, une scorie dont la teneur en fer était en grande partie à l'état
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d'oxyde ferreux pour assurer une faible tep{rqture de flui- dité de la scorie, et en consonuence un (legr6 -'lev-' de trans- mission de chaleur.
Par suite de ln cor,.bt.1.stion complète des particules de carbone non brûlées dans les gaz de combustion et de l'oxydation du fer contenu dans lacendre en suspension,
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pendant la dure du parcours des gaz jusqu'au surcn?uffeur G, la cendre acquiert des températures de déformation initiale et de fluidité relativement 1.ev<'es. La scorie pr'"leve en A accusait une forte teneur en fer, tandis nve celle ';wleve en G recueillie à l'état sec avait en réalité une plus faible teneur en fer que la cendre de charbon originale. Le degr d'oxydation était pratiquement nul dans la scorie prleve,
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c'est-à-dire que 95? ou davantage de fer t8.i.É du FeO.
En
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C, D et E, l'oxyda.tion était d'environ 40% la ;. courbe ayant une allure plutôt plate, parce au'il y avait un dépôt de carbone au sommet ou à la base de chaque courbe où les particules de charbon brut et de cendre tendent à être projettes a.u dehors. Lorsque les gaz atteignaient le point G, pratiquement toute la teneur en fer était oxydée et les par- ticules de scorie étaient à l'état solide sec.
Alors que jusqu'à présent, les charbons à forte teneur en cendres, dont la cendre présente des pourcentages élevés de fer, étaient considérés-définitivement comme impro- pres à 1-'utilisation comme combustibles dans les chaudières à vapeur, le mode de fonctionnement perfectionné ci-dessus dé- crit confère à la forte teneur en fer de la cendre de charbon un pouvoir déterminé et la rend susceptible de jouer un rôle de régulateur des. conditions de fonctionnement du foyer. On obtient non seulement de bonnes conditions de combustion, mais également de bonnes conditions relatives à la cendre, assurant de hauts degrés de transmission de la chaleur et le minimum d'obstruction des passages de gaz par la scorie.
L'unitµ de production de vapeur décrite est établie de manière à permettre le maintien de températures constantes de surchauffe et de réchauffage pour une large gamme de débits de vapeur , par exemple une gamme allant de 300.000 à 550.000 Livres de vapeur pa.r heure. On effectue le réglage primaire de ces températures en faisant varier la position des regis- tres régulateurs 40a et 41a pour régler le courant des gaz de chauffe à travers les passages parallèles de la section de convexion. Un réglage supplémentaire des températures de sur- chauffe est effectué en réglant le fonctionnement du dsur- chauffeur 47 suivant les conditions variables de la vapeur, comme par exemple la température de sortie de la vapeur.
On peut opérer un autre réglage des températures de sortie de la vapeur tant à la surchauffe qu'au réchauffage en faisant varier la répartition d'air comburant entre la chambre de combustion primaire 10 et les conduits d'air tertiaire 81, au moyen des registres de réglage correspondants. Ce réglage est effectué pour faire varier la température des gaz de chauffe à laquelle sont exposées les sections d'absorption de la cha- leur de rayonnement des surfaces du surchauffeur et du réchauf- feur;
le volume total des gaz pénétrant dans la section de convexion est à peu près le même, que la totalité de l'air comburant soit déchargée dans la chambre de combustion primai- re ou qu'une partie soit amenée par les conduits d'air tertiaire, de telle sorte que le chauffage de la section de convexion du surchauffeur et du réchauffeur peut être les registres 40a et 41a d'une manière connue.
Si la totalité de l'air est admise dans la chambre de combustion primaire 10, ce qui a pour effet d'y créer une atmosphère oxydante, on obtiendra par suite de la plus haute température de fusion de la scorie la plus forte épaisseur de scorie mauvaiseconductrice de la chaleur sur les parois, la plus faible température adiabatique et le minimum de trans- mission de chaleur aux tubes des parois, de telle sorte que les gaz quittant la chambre de combustion 10 et le parcours ascen- dant 12 auront une température maximum.
Par contre si une pro- portion suffisante d'air est admise comme air tertiaire par les conduits 81, ce qui a pour effet de créer une atmosphère réductrice dans la chambre de combustion 10 et le parcours ascendant 12, on réalisera les conditions exposées d'une plus mince couche de scorie isolante et d'une plus haute tempéra- ture adiabatique, et en raison du degré plus élevé de transmis-
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sion de chaleur les gaz Quittant la chambre de combustion auront. une température notablement plus basse que s'il. régnait une atmosphère oxydante dans la chambre de combustion.
L'entrée de l'air tertinire à température relativement basse au soet du
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parcours ascendant provoque une nouvelle rducti,on de la tem- prature des gaz à 1;ruelle sont exposées les parties à rayon- ne"'ent du surchauffeur et du rr,:cD8uffeur dans le parcours des- cendant.
Lors des périodes de faible dbit de vapeur de la
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chaudière, le procédé de réglage consiste s admettre la tot91it, de l'air dans la chambre de combustion 10, et lorsque le débit de la chaudière augmente, on modifie l'admission d'air de ma-
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nière oue l'admission d'air tertiaire soit rlçL;{i"11J' au t<.o,+ent où le débit est le plus élevé.
L'application combinée des procédés de réglage de
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la tezp4rature de vapeur décrite facilite ou rend possible le réglage de la température sur toute la garnie des débits de vapeur désirés.