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"Perfectionnements au réglage de la température de laapeur d'eau à la sortie du surchauffeur ".
La présente invention a trait à un perfectionnement au mode de réglage de la température de la vapeur d'eau à la sortie d'un surchauffeur. Elle concerne spécialement le cas d'un surchauffeur placé dans une chaudière de telle façon qu'il reçoit, par convection, sensiblement la ,totali- té de la chaleur des pro duets de combustion d'un foyer,dont les parois sont doublées par des surfaces refroidies par l'eau et dans lequel on produit une combustion turbulente.
Il est bien connu que dans l'utilisation de tels ensembles de production de vapeur, la température de la vapeur surchauffée varie suivant les fluctuations de la pro-
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duction de vapeur, une réduction du taux de (arche pro- duisant une réduction correspondante de la température de la vapeur surchauffée. On a donc imaginé divers procèdes pour corriger ces variations peu désirables de cette température.
Un de ces procédés de réglage de la température de la vapeur surchauffée consiste à faire varier la quantité de chaleur absorbée à l'intérieur du foyer provenant du la combustible qui y est brûlé, pour amener les gaz qui pas- sent le long des surfaces du surchauffeur, à une températu- re susceptible de procurer la valeur voulue de surchauf- fe.
On a trouvé toutefois que ce procédé ne se prêtait pas aux variations de grande envergure du réglage de la sur- @ chauffée qu'exige actuellement'l'emploi de générateurs de vapeur de grande capacité, et, par suite, la présente in- vention a pour objet de fournir un mode perfectionné de réglage de l'absorption de chaleur dans le foyer, telle que l'on puisse obtenir le degré voulu de la température à la sortie du surchauffeur.
L'invention concerne un mode de réglage de la tempéra- ture de la vapeur au sortir d'un surchauffeur chaufféprin- cipalenent par convection par des gaz sortant de la partie supérieure d'un foyer vertical, dont les parois sent gar- nies de tubes refroidis par l'eau, caractérisé par l'ali- mentation du mélange de combustible et d'air à la partie inférieure du foyer en de multiples points éloignés de la sortie du foyer, de préférence auprès du fond du foyer et / dans des directions telles que l'on produise une masse de gaz en tourbillons brûlant dans une zône à la partie basse du foyer en vue d'assurer la transmission de la chaleur par les tubes à circulation d'eau, par le maintien, pour une charge donnée,
d'un taux sensiblement uniforme de l'ali- mentation du combustible, et, la modification de l'inclinai- son sur le plan horizontal de la direction des jets de combustible et d'air pour baisser ou lever une zône ver-
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ticale de la combustion, le long de l'axe du foyer pour une élévation ou un abaissement respectifs de la tempéra- ture de la vapeur sur chauffée, en modifiant ainsi la du- rée du trajet des gaz à travers le foyer et du refroidis- sement auquel sont soumis les gaz avant de venir au con- tact de la surface du surchauffeur.
Pour mieux faire comprendre l'invention, elle sera décrite maintenant ci-après en regard au dessin annexé, dans:lequel : la fig. 1 est une coupe d'un générateur de vapeur,sui- vant un mode de réalisation de l'invention; la fig.)2 est une coupe d'une variante de réalisa- tion de la partie inférieure du foyer de la fig. l; la fig. 3 est une coupe à plus grande échelle d'une disposition typique des brûleurs de la fig. 1; la fig. 4 est un schéma suivant la ligne 4-4 de la fig. 1, la fig. 5 est une coupe verticale d'une disposition modifiée des brûleurs de la fig. 3.
Suivant la fig. l, le générateur comprend un bouilleur 10 à la partie inférieure et un à la partie supérieure,,un bouilleur 11, contenant de l'eau et de la vapeur, réunis par des tubes 12 générateurs de vapeur.
Un surchauffeur 13 recevant la vapeur saturée produite, est logé dans le premier circuit du générateur de vapeur et des écrans 14 et 15 sont disposés de façon à forcer les gaz de passer en série, au sortir du foyer, le long du surchauffeur, d'une rangée de tubes 17 et par la sortie du générateur.
La chambre de combustion de la fig% 1 a ses parois garnies de tubes 20 à refroidissement par l'eau et sa par- tie inférieure est disposée de façon appropriée pour recueillir les scories à l'état fluide qui sont évacuées
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par l'orifice 21. Des brûleurs 22 sont disposés près du fond de la chambre de combustion, de préférence aux quatre coins comme dans la fig. 4.
La. chambre de combustion de la fige 2, 16A, a, à la partie inférieure, deux parois opposées inclinées vers le bas pour former un étranglement 23 et revêtues de tu- bes 20 à refroidissement par l'eau, et ses deux autres parois latérales sont également garnies de tubes à re- froidissement par l'eau allongée vers le cas jusqu'à cet étranglement 23.
Le fond et les parois latérales au- dessus de l'étranglement forment ainsi une hotte refroi- die par l'eauà l'intérieur de laquelle les particules de cendres, produites par le combustible en ignition dans le foyer, tombent par leur propre poids et se refroidissent, tout en tombant, à une température à laquel- le elles ne peuvent adhérer à la surface de la hatte.
Les brûleurs son-[-, disposés quelquepeu au-dessus du fond .±¯e la, hotte et, de préférence, également aux quatre coins, comme dans la fig.4.
La fig. 4 montre les brûleurs 22 disposés aux coins de la chambre .-le combustion projetant leur et de com- bustible et d'air dans cette chambre en directions tan- gentielles à la surface d'un cylindre fictif "C" placé verticalement dans la'chambre de combustion et de pré- férence en son centre . Chacune des séries de brûleurs de lafig. 1 envoie trois jets de combustible dans le foyer, tandis que chacune des séries de la fig.
2 en envoie deux.
La fig. 3 3 représente un mode typique de brûleur qui comporte, en général, un manchon ou logement 30 pour l'air et plusieurs buses 31 pour le combustible pulvéri- sé allongées à l'intérieur de l'enveloppe 30.Celle-ci comporte plusieurs sections pour en faciliter la construc-
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tion, mais on peut la considérer comme ne formant qu'une seule pièce. Les buses à combustible 31 compren- nent un conduit, fait de préférence en deux parties 33 et 32, cette dernière, qui est la plus rapprochée de la chambre de combustion, est pourvue d'une partie terminale ou d'un bout 34'pouvant tourner verticalement autour de portées horizontales 35 qui la supportent à l'extrémité de la partie 32.
La pointe 34 et la partie 32 sont conformés à leur jonction en un joint cylindri- que et à emboiture . La buse de pointe 34 est rectangu- laire et est logée à l'intérieur d'une girouette tubu- laire 36 de déflexion de l'air à laquelle elle est re- liée, et tout l'ensemble, qui peut être dirigé vers le haut ou vers le bas, envoie le jet de combustible et d'air en concordance. La pointe 34 et la girouette sont commandées dans leur mouvement de rotation par une tige 37 reliée à une extrémité à la pointe par un bras 40 fixé à un axe 41.
A son autre extrémité la tige 37 porte un axe 43 logé dans la rainure 44 d'une came 45, mon- tée par un axe 46 sur une barre 47, qui peut être dé- placée verticalement pour faire tourner la came . une vis de réglage 48 qui maintient la came 45 suivant un angle convenable sur la barre 47, est fixée dans son déplace- ment longitudinal par une pièce à pivot 50 montéeà charnière sur la barre 47 par un axe 50a. La vis 48 peut être réglée pour attirer la partie inférieure de la came 45 vers la barre ou pour l'en écarter, ce qui modi- fie ainsi l'inclinaison de la came par rapport à. la barre, dont le déplacement dans le sens vertical est limité par les supports 51.
Toute modification de l'in- clinaison de la came modifie le déplacement de la tige de liaison 37 et par suite celui de la pointe de la buse à combustible qui lui est reliée . Ainsi que le montre le dessin, l'axe 43 est placé en position moyenne dans la rainure 44 et la tige 47 maintient la pointe 34 dans
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la position de jet horizontal du combustible et de l'air.
En déplaçant vers le bas la barre 47, on entraîne la came 47 et la pointe 34 dirige alors vers le haut le jet de combustible et d'air. Réciproquement en remontant la barre , on dirige le jet vers le bas. La barre47 peut être déplacée pour régler la direction de la pointe de la buse, par l'intermédiaire d'un moteur commande par un interrup- teur manoeuvré par un thermostat.
Des déflecteurs de l'air 60 sont montés à pivot au-dessus et au-dessous de chacune des buses de combusti- ble pour diriger le courant d'air horizontalement ou vers le haut ou vers le bas; 6ils sont réunis par deux et commandés par des tiges 41, ainsi .qu'il est représenté,et dont la construction, la commande et le réglage pour les déflecteurs respectifs sont semblables à ceux qui viennent d'être décrits pour faire tourner les pointes des buses 34.
La fig. 5 montre une autre forme de la section ter- minale de la buse. La section terminale de buse 31A est conformée par elle-même pour diriger le jet de combustible et d'air vers le haut suivant une moitié de l'angle maxi- mum que peut faire la pointe 34A avec le plan horizontal.
Si par exemple, la pointe 34A peut être levée d'un angle de 45, la partie intérieure terminale de la section 31A est tournée vers lehaut de 221/2 deg. Ce mode de construc- tion permet d'obtenir une inclinaison supérieure vers le haut pour le jet de combustible et d'air et assure encore une plus grande régularité du jet par la buse de combus- tible suivant toutes les inclinaisons.
Le mode de construction représenté fig. 5 peut être avantageusement utilisé dans un foyer tel que celui de la fig.1 sur le fond duquel tombe la scorie . Des trois brûleurs prévus pour lecombustible, on peutùrégler les deux supérieurs inclinés vers le haut sous un angle de
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45 , celui d'en dessous étant incliné de 221/2 à la fois vers le haut et vers le bas-.- , comme le dispositif prévu fig. 3.
Il faut considérer que les buses de combustible peu- vent être de plus ajustées horizontalement.
En fonctionnement,quand tous les brûleurs ont été ré- glés pour projeter les jets de combustible et d'air dans une direction réellement horizontale tangentiellement au cylindre vertical fictif C placé au centre de la chambre de combustion, les jets de combustible en feu provenant des quatre sièges de brûleurs disposés dans les coins viennent frapper l'un sur l'autre provoquant un remoms, un mélange tournant et par suite une allure rapide de combustion. Cette combustion accélérée produit une très haute élévation de température dans une zone A au ni- veau des brûleurs près du fond de la chambre de combustion, de sorte qu'il seproduit le transfert d'une grande quan- tité de chaleur des flammes aux tubes de paroi à refroi- dissement d'eau 20 dans cette zône, à la fois par radia- tion et par convection.
En quittant cette zône, les pro- duits chauds de la combustion passent verticalement en continuant à fournir de la chaleur aux parois à refroidis- sement par l'eau et sortent de la chambre de combustion à une température relativement basse. Si l'on dirige tous les brûleurs vers le haut, les jets de combustibles restent toujours tangents au cylindre vertical fictif, mais le choc des jets du combustible en ignition les uns sur les autres est moins violent que lorsque les brûleurs étaient en position horizontale, et il en résulte un mélange et un remous relativement moins intenses et par suite un ralentissement ou un retardement de la combus- tion. Cette combustion ralentie se produit dans une zône B placée au-dessus de la zone A dans la chambre de combus- tion et s'étend bien dans la partie supérieure de celle- ci.
La température des produits de la combustion à la
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sortie de la chambre est, par conséquent, relativement éle- vée par suite du trajet plus court de ces produits entre la zoône de combustion et la sortie de la chambre et du sensiblement moindre échange de chaleur des flammes aux pa- rois refroidies par 1¯'eau dans le fond de la chambre,par rapport aux jets dirigés horizontalement.
La modification de la direction des jets de l'horizontale à une incli- na.ison vers le haut produit une élévation de la tempéra- ture des gaz à la sortie de la chambre de combustion, que l'on e trouvée apte à modifier la quantité d'absorp- tion de chaleur par le surchauffeur 13 de sorte que l'on peut élever la température de la vapeur à la valeur deman- dée pour obtenir un réglage satisfaisant dans une Gamme plus étendue des valeurs de l'ensemble de production de vapeur, qu'auparavant.
La présente invention permet en effet de réduire la dimension de la chambre de combustion par une allure aux moins rapide de l'ensemble producteur de vapeur, dans lequel la température de la vapeur surchauffée est rela- tivement plus basse. C'est ainsi que, à une allure d'en- viron un demi, la moitié de la quantité maximum de coin- bustible, pouvant être brûlée dans le foyer, est alimen- et tée près du fond du foyer/brûlée dans la zône A;les pro- duits d'une belle combustion sont environ moitié moindres et restent; dans le foyer, en contact avec les parois re- froidies par l'eau deux fois environ plus longtemps , qu'en pleine marche . La température de sortie des gaz peut alors être trop peu élevée pour surchauffer la vapeur à la température voulue.
En élevant la zoône de cette combustion dans l'intérieur du foyer et en retardant la combustion pour diminuer le remous, on diminue la durée du séjour des produits de la combustion à l'intérieur du foyer puisque la surface des parois refroidies du
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foyer, exposée aux gaz, est diminuée.
Les brûleurs sont placés plus haut dans le dispositif de la fig. 2 que dans celui de la fige 1 et l'on peut déplacer la zône de la combustion la plus intense en- dessous de la zône A en D, ce qui augrente l'étendue du déplacement vertical possible de cette zône dans le foyer.
Suivant l'invention, on peut ne pas ajouter tous les brûleurs en inclinaison vers le haut, on peut,par exemple, ajuster les deux brûleurs supérieurs 22 de chaque série en laissant horizontal le brûleur inférieur. un
On peut également ajuster/quelconque ou la totalité des brûleurs à la fois verticalement et horizontalement.Si pendant la combustion une couche de scories s'est déposée sur le fond de la chambre de combustion, il peut être avantageux de maintenir les brûleurs du fond en position de diriger les jets horizontalement ou même vers le bas sur la scorie pour la garder à l'état fluide pour la sortir de la chambre, tandis que les brûleurs supérieurs sont utilisés pour le réglage de la température de la vapeur surchauffée, ainsi que cela a été décrit .
Aux allures de marche inférieures au maximum, on peut désirer n'utiliser que les brûleurs supérieurs, deux ou trois, dans chaque groupe et ne pas allumer les brû- leurs inférieurs, ou même n'utiliser que les brûleurs les plus hauts, pour aider.encore au déplacement de la zone de la combustion maximum vers le haut à l'intérieur de la chambre de combustion.
L'invention a en vue l'utilisation de brûleurs dispo- sés pour créer.une combustion en remous dans le foyer en les dirigeant l'un vers l'autre mais sans produire néces- sairement une ignition tangentielle; ces brûleurs, lors- qu'ils sont dirigés vers la partie supérieure plutôt que l'un vers l'autre directement, produisent une action sem-
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blable à celle qui a été décrite, ci-dessus.
REVENDICATIONS.
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1. Procédé de réglage de la température de la vapeur d'eau au sortir d'un surchauffeur chauffé principa- lement par convection par les gaz à la sortie de la par- tie supérieure d'une chambre de combustion verticale, dont les parois sont garnies intérieurement de tubes refroidies par l'eau, caractérisé en ce qu'on introduit du combustible et de l'air dans la partie inférieure du foyer en plusieurspoints éloignés de la sortie du foyer, de préférence vers la partie inférieure de celui- ci, dans des directions telles qu'une masse de gaz en re- mous soit créée et soit en ignition dans une zône à la partie inférieure du foyer pour transmettre la chaleur à des tubes d'eau qui y sont disposés, en ce qu'on main- tient pour une charge donnée,
un taux réellement uniforme de combustion et en ce qu'on modifie l'inclinaison sur le plan horizontal de la. direction des jets de corribusti- ble et d'air pour abaisser ou élever la position verticale de la zone de combustion le long de l'axe du foyer, de façon à augmenter ou diminuer respectivement la tempéra- ture de la vapeur surchauffée en modifiant par celà la longueur du trajet que doivent parcourir les gaz à travers le foyer et le deré de refroidissement des gaz avant de venir au contact du surchauffeur.