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Perfectionnements aux foyers de chaudières.
Cette invention se rapporte au fonctionnement des foyers de chaudières du genre comportant des dispositions pour mainte- nir un lit de combustible en amenant le combustible à l'extrémi- té avant du lit et en assurant son déplacement vers l'extrémité arrière du lit. Lorsqu'on brûle dans ce foyer un combustible de qualité inférieure présentant les caractéristiques d'une inflam- mation difficile, il tend à se former à l'entrée du foyer une zone où le combustible n'est pas allumé ou n'est que partiel- lement allumé, ce qui a pour résultat de réduire l'allure à laquelle le combustible peut brûler sur la grille et de limiter le rendement de la chaudière.
En réalité le feu peut dans cer- tains cas s'éteindre. En accélérant l'allumage du combustible, l'invention permet aux foyers du genre spécifié, de fonctionner plus efficacement lorsqu'on utilise des combustibles de qualité Inférieure et d'inflammation difficile, et elle permet de brûler
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des combustibles qui ne pourraient être utilisés autrement.
Le procédé pour faire fonctionner au moyen d'un combus- tible solide difficilement inflammable, un foyer de chaudière comportant des dispositions pour maintenir un lit de combustible en amenant le combustible à l'extrémité avant du lit et en assu- rant un mouvement du combustible vers l'arrière du lit, est ca- ractérisé suivant l'invention en ce qu'un fluide élastique est refoulé de l'avant du foyer vers l'arrière, de manière à créer une réduction de pression locale et une aspiration de gaz chauds vers l'avant sur une section antérieure du lit de combustible.
Suivant une forme de construction de l'appareil servant à réaliser l'invention, on emploie un chargeur mécanique du genre comportant une porte de foyer ajustable pour régler l'épaisseur du lit de combustible dans un foyer, qui se caractérise en ce qu'une tuyère à vapeur ou une série de tuyères à vapeur espacées transversalement par rapport à la porte est ou sont montées sur la porte de foyer à son extrémité inférieure et sont susceptibles de provoquer un mouvement de gaz chauds vers l'avant sur le com- bustible dans le voisinage de la porte par le refoulement de la vapeur vers l'arrière.
On constatera par conséquent que suivant l'invention, ilest fait usage dans un foyer à chargement mécanique comportant une grille sans fin, d'une porte de foyer caractérisée en ce qu'une tuyère à vapeur, ou une série de tuyères à vapeur espacées transversalement par rapport à la porte est ou sont montées sur la porte à l'extrémité inférieure de celle-ci et sont suscepti- bles, en refoulant de la vapeur vers l'arrière dans une chambre à combustion, de provoquer un mouvement de gaz chauds vers l'a- vant sur le combustible dans le voisinage de la porte.
Suivant une forme d'exécution de la porte de foyer pour- vue d'une série de tuyères, l'écartement de ces dernières près des extrémités de la porte est plus faible que l'écartement des tuyères intermédiaires. Dans une autre forme d'exécution de la @
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porte de foyer, les tuyères situées près des extrémités de la porte présentent des passages de décharge dont les alésages sont plus grands que ceux des passages de décharge des tuyères inter- médiaires.
Dans une autre forme d'exécution encore de la porte de foyer, les tuyères situées à proximité des extrémités de la porte ne sont pas seulement disposées à un plus faible écarte- ment les unes des autres que les tuyères intermédiaires mais présentent aussi des passages de décharge d'alésages plus grands que les alésages des passages de décharge des tuyères intermé- diaires. sera L'invention/maintenant décrite à titre d'exemple avec référence aux dessins annexés, dans lesquels:
Fig.l est une vue schématique, partielle, en coupe lon- gitudinale montrant les parties antérieures d'un foyer de chaudière aquatubulaire et d'un chargeur mécanique à grille mo- bile ou grille à chaîne, pourvu de tuyères à vapeur;
Fig.2 est une vue de coté montrant un mécanisme de ré- glage de l'angle des tuyères à vapeur d'une chaudière aquatubu- laire telle que celle représentée sur la fig.l;
Fig.3 est une coupe longitudinale d'un dispositif de tuyère à vapeur propre à être utilisé pour de la vapeur saturée;
Fig.4 est une coupe longitudinale d'un dispositif de tuyère à vapeur propre à être utilisé pour de la vapeur surchauf- fée ;
Figs. 5 et 6 sont des vues schématiques semblables à celle de la fig.l, la fig. 5 montrant l'aspect de la flamme à l'avant de la chambre de combustion dans certaines conditions de fonc- tionnement, sans les tuyères de vapeur en service et fig.6 re- présentant le genre de flammes à l'avant de la chambre de com- bustion dans les mêmes conditions de fonctionnement mais lorsque les tuyères d'allumage sont en action;
Fig. 7 est une vue fragmentaire, partiellement schématique,- en coupe verticale longitudinale montrant les parties antérieures @
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d'un foyer de chaudière du type à corps cylindrique et d'un chargeur mécanique à grille à chaine pourvu de tuyères de vapeur, et
Fig. 8 est une vue de c8té montrant un mécanisme d'ajuste- d'inclinaison ment automatique de l'angle/des tuyères à vapeur de la fig.7.
Sur la fig.1 une paroi antérieure 1 d'un foyer de chau- dière aquatubulaire est pourvue à son extrémité inférieure d'une voûte d'allumage 2 et le chargeur mécanique pour le chauffage de la chaudière est pourvu d'une porte de foyer 3 coulis sable ver- ticalement, qui contribue à commander le flux de charbon venant de la trémie 4. Une grille mobile 5, qui se déplace dans le sens de la flèche, reçoit le charbon de la trémie 4 et l'entraine dans une chambre de combustion 6 pour former un lit de combustion à niveau constant 7, dont l'épaisseur est réglée par les mouve- ments de monte et baisse de la porte du foyer qui règlent la position du bord inférieur d'une plaque métallique 8 formant un prolongement descendant de la partie principale de la porte de foyer, boulonné ou fixé d'une autre manière au châssis métalli- que de la porte.
La plaque 8 sert à supporter un tuyau de vapeur 9 aménagé de manière à être alimenté en vapeur d'une source conve- nable quelconque par l'intermédiaire d'une soupape de commande et d'une conduite flexible ou autre dispositif équivalent (non représenté), et un tuyau d'admission 10 fermement assujetti au tuyau 9. Ce dernier s'étend approximativement d'un c8té à l'autre de la porte de foyer 3 et à l'extrémité qui est raccor- dée au tuyau 10 il passe à travers une rainure verticale (non représentée) formée dans un c8té de la trémie et pourvue d'un dispositif de scellement approprié.
Ce dernier peut, par exemple, comporter une plaque, à travers laquellele tuyau 9 s'étend, et qui recouvre la rainure dans toutes les positions de ce dernier et est susceptible de coulisser verticalement dans un guide, fixé au c8té de la trémie et pourvu de parois postérieures et antérieures présentant des rainures semblables à la rainure mé-
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nagée dans le côte de la trémie et convenablement situées par rapport à cette dernière rainure, en vue de permettre les mou- vements nécessaires du tuyau 9. Celui-ci est monté, de façon à pouvoir tourner dans la plaque,8, au moyen de dispositifs appro- priés, tels qu'un certain nombre de boulons en forme de U espacés longitudinalement 11, pourvus d'écrous de fixation 12 et combinés avec des pièces d'écartement 13.
Le tuyau 9 sert à répartir la vapeur entre une série de tuyères à vapeur 14 montées sur le tuyau à des intervalles appro- priés de sa longueur. Lorsque le tuyau 10 est vertical, les tuyères sont inclinées de bas en haut sous un faible angle, de 12¸ par exemple, mais on peut faire varier l'angle entre certai- nes limites, si les circonstances le nécessitent, en faisant osciller le tuyau 10.
La fig.2 montre les positions extrêmes du tuyau 10 et des tuyères 14 en traits pleins et en traits interrompus respective- ment. Le tuyau 10 est établi de telle façon que lorsqu'on le'fait pivoter il se déplace le long d'une rainure ménagée dans une pièce de guidage 104 et le mécanisme qui fait tourner les tuyaux
9 et 10 comporte un manchon 100 susceptible de coulisser sur le tuyau 10 et présentant des tourillons à l'aide desquels il est relié longitudinalement à une tête 101 d'une tige filetée 24.
Cette dernière peut coulisser dans une ouverture 102 d'une pièce de guidage fixe et le filetage de la tige est en prise avec un filetage complémentaire taraudé dans le moyeu de la roue à main 23 située entre des paliers fixes 103 pourvus d'ouvertures à travers lesquelles la tige passe.
Lors du fonctionnement, la rotation de la roue à main 23 donne lieu à un déplacement longitudinal de la tige 24 et à une oscillation résultante du tuyau 10 conjointement avec le tuyau 9 et les tuyères 14. Comme on le voit sur la fig.2, le déplacement de la tige 24 vers la gauche augmente l'inclinaison des tuyères
14 sur l'horizontale.
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Comme les tuyères à vapeur sont montées sur la porte du foyer, elles sont toujours approximativement à la même dis- tance au-dessus de la surface de la partie adjacente du lit de combustible.
Dans le dispositif à tuyères des figs.3 et 4, le tuyau de vapeur 9 est foré radialement en 36 pour s'adapter à l'extré- mité d'un court tube taraudé 37 en acier de grande résistance aux températures élevées, soudé au tuyau 9, de manière à former un joint solide étanche à la vapeur. Une tuyère 14, comprenant un corps de tuyère à paroi épaisse 38 en un métal approprié ré- sistant aux hautes températures, est pourvue d'une partie file- tée de diamètre réduit visséeà l'intérieur du tube 37, l'épau- lement 35 formé ainsi sur le corps de tuyère étant serré sur une rondelle de cuivre amiante 39 pour former un joint étanche à la vapeur résistant aux hautes températures.
Sur la fig.3 le corps de tuyère 38 présente un alésage allongé 40 pour le passage de vapeur saturée à un orifice de tuyère comprenant une partie convergente 41, un étroit passage ou étranglement 42 de diamètre uniforme et une sortie 43 ayant une base plane et des c8tés divergents. Ainsi que c'est repré- senté, le corps de tuyère présente un diamètre plusieurs fois supérieur à celui de l'alésage 40.
A titre d'exemple, les dimensions suivantes conviennent à la tuyère 14, lorsque le tuyau 9 est alimenté en vapeur à une pression comprise entre 25 et 100 livres par pouce carré: lon- gueur du corps de tuyère 4· pouces ; diamètre de l'alésage 40, · pouce ; longueur de l'étranglement 42, 1/8 de pouce; profondeur de la cavité de sortie 43 1/16 de pouce et diamètres minimum et maximum de la. sortie 43, · et 3/8 de pouce respectivement. De préférence, pour qu'on puisse disposer de tuyères susceptibles d'assurer différentes vitesses de décharge, on établira des tuyères ayant des étranglements de diamètres différents.
Par exemple, quelques tuyères peuvent être exécutées avec un étran- @
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glement 42 de 3/32 de pouce de diamètre et d'autres tuyères avec un étranglement 42 de 9/64 de pouce de diamètre.
Sur la fig.4, le corps de tuyère 38 présente un alé- sage allongé 44, de diamètre quelque peu plus faible que celui de l'alésage 40 de la fig.3, pour le passage de vapeur surchauffée à un orifice de tuyère comprenant une partie convergente 45, un étroit passage ou étranglement 46 de diamètre uniforme et une sortie 47 à c8tés divergents sous un faible angle et de longueur plusieurs fois supérieure à celle de la partie convergente 45.
A titre d'exemple, on a indiqué ci-dessous des dimen- sions appropriées pour la tuyère 14, lorsque le tuyau 9 est alimenté de vapeur à une pression comprise entre 25 et 100 li- vres par pouce carré: longueur du corps de tuyère 4· pouces ; diamètre de l'alésage 44: 3/16 de pouce ; de l'étrangle- ment 46: pouce; longueur de la sortie 47 : 3/4 pouce, les parois de la. sortie divergeant sous un angle de 5 par rapport à l'axe longitudinal de la tuyère. De préférence, pour pouvoir disposer de tuyères susceptibles d'assurer la décharge à des vitesses dif- férentes, on exécutera des tuyères ayant des gorges de divers diamètres. Par exemple, quelques tuyères peuvent être construites avec un étranglement 46 de 1/16 pouce de diamètre et d'autres tuyères avec un étranglement 46 de 3/32 pouce de diamètre.
L'espacement des tuyères 14 le long du tuyau 9 peut être uniforme et présenter toute longueur convenable pour le genre particulier d'installation et la nature du combustible utilisés, par exemple, il peut dans certains cas être de 3 pouces et les tuyères peuvent être toutes semblables, mais on a constaté qu'il était avantageux dans certains cas d'adopter pour les tuyères situées près des parois latérales de la chambre de com- bustion un écartement quelque peu plus faible que celui choisi pour les autres tuyères et d'employer pour les tuyères plus fai- blement espacées un étranglement de diamètre quelque peu plus grand que celui des autres tuyères.
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A titre d'exemples, les dispositions ci-dessous indiquées ont été trouvées convenables. Dans toutes ces dispositions le diamètre de l'étranglement des tuyères les plus rapprochées est de 9/64 pouce, lorsqu'elles sont alimentées en vapeur saturée, et de 3/32 pouce lorsqu'elles sont alimentées en vapeur surchauf- fée, tandis que le diamètre de l'étranglement des autres tuyères est de 3/12 de pouce lorsque l'alimentation ne fait en vapeur saturée et de 1/16 de pouce lorsque l'alimentation se fait en vapeur surchauffée.
La première disposition se rapporte a une grille présen- tant une largeur de 8 pieds pour laquelle dix-sept tuyères sont établies, les trois tuyères adjacentes à chaque paroi latérale étant espacées de 4 pouces d'axe en axe tandis que les onze au- tres tuyères sont espacées de 6 pouces d'axe en axe. L'écartement entre la troisième et la quatrième tuyère. à partir de chaque extrémité peut être de 6 pouces.
Une seconde disposition se rapporte à une grille ayant une largeur de 10 pieds pour laquelle on emploie vingt-deux tuyères, les quatre tuyères adjacentes à chaque paroi latérale étant espacées de 4 pouces d'axe en axe et les quatorze autres de 6 pouces d'axe en axe. L'écartement entre la quatrième et la cinquième tuyère de chaque c8té peut être de 5 pouces.
Une troisième disposition se rapporte à une grille ayant une largeur de 11 pieds 6 pouces, pour laquelle on utilise vingt- cinq tuyères, les cinq tuyères adjacentes à chaque paroi laté- rale étant espacées de 4 pouces d'axe en axe et les quinze autres de 6 pouces d'axe en axe. L'écartement entre la cinquième et la sixième tuyère de chaque caté peut être de 6 pouces.
Dans certains cas, les tuyères situées près des parois latérales d'une chambre de combustion peuvent simplement être disposées avec un écartement plus faible que les autres tuyères, les diamètres des étranglements de toutes les tuyères étant égaux, ou bien l'écartement entre toutes les tuyères peut être @
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constant, mais les diamètres des étranglements des tuyères si- tuées près des parois latérales d'une chambre de combustion peuvent être supérieure à ceux de l'étranglement des autres tuyères.
Lorsque la trémie 4 de la. fig.l est chargée de combus- tible présentant de mauvaises caractéristiques d'inflammation et que les tuyères 14 ne sont pas alimentées en vapeur, le feu tend à s'établir en quelque sorte de la manière représentée sur la fig. 5 par les lignes 48 qui représentent les flammes et la com- bustion ne commence à se faire que lorsque le charbon a parcouru une certaine distance à l'intérieur du foyer, habituellement à 'mi-chemin le long de la zone B; les zones A et B ont chacune une longueur d'environ 12 pouces, la zone A commençant à la face côté foyer de la plaque 8.
Dans ces conditions, les mesures effec- tuées pour déterminer la température et le pourcentage de C02 dans un foyer du type représenté ont donné les résultats suivants: Zone A - 0,4 pour cent de C02: température trop basse pour enflammer le combustible.
Zone B - 5,0 " " " C02: température 1184 Fahrenheit.
Ces chiffres montrent la perte de temps considérable entre l'entrée du combustible dans le foyer et le commencement de la combustion.
Lorsque les tuyères 14 sont mises en action, l'espace approximatif couvert par la vapeur à sa sortie de chaque tuyère constitue, comme c'est indiqué par le chiffre 49 de la fig.6, un cône étroit, mais comme les tuyères sont relativement rappro- chées sur la largeur de la porte de foyer 3, la forme résultante de la masse de vapeur représente plut8t un coin. La décharge de vapeur engendre une réduction de pression et une effervescence locales et en réalité, la vapeur se déplaçant vers l'arrière pro- voque un mouvement en avant des gaz chauds sous la voûte d'allu- mage 2 et au-dessus du combustible dans les zones A et B.
Le rayonnement vers le combustible sous la voûte d'allumage est de ce fait augmenté et la flamme est appelée au contact avec le
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combustible dans le voisinage de la porte du foyer par suite de la tendance des flammes adjacentes à la décharge de vapeur à revenir en arrière le long de la grille comme c'est Indiqué en 50. Ainsi que c'est représenté en 51 la forme de la flamme dans l'espace de combustion situé un peu au-delà de la voûte d'allu- mage n'est que peu altérée.
Des mesures de la température et du pourcentage de C02 dans le foyer fonctionnant dans les mêmes conditions que ci- dessus mais lorsque les tuyères à vapeur se trouvent en action ont donné les résultats suivants : Zone A - 12% de C02 température 1800 Fahrenheit
Dans la zone B il n'a pas été possible de mesurer le pourcentage de C02 ou la température par suite de la quantité de flammes et de l'effervescence intense, mais les chiffres relevés dans la zone A montrent que les conditions en faveur d'un allu- mage rapide sont considérablement améliorées par la décharge de vapeur des tuyères d'allumage.
Sur la fig.7 la chambre de foyer d'une chaudière Lancas- hire ou autre chaudière semblable à corps cylindrique comporte une voûte d'allumage 16 et est établie de manière à être désser- vie par un chargeur mécanique comportant une grille à chaîne 21, une trémie 20 et une porte de foyer 15 qui peut être élevée ou abaissée d'une manière appropriée connue en vue de faire varier la hauteur du niveau de la couche de combustible 22.
La porte de foyer 15 comporte un châssis métallique rem- pli d'une matière réfractaire dans laquelle on ménage un loge- ment horizontal 105 s'étendant approximativement d'un c8té à l'autre de la porte, pour recevoir un tuyau de vapeur 17, un conduit vertical 106 de dimensions suffisantes pour recevoir un tuyau d'amenée de vapeur 19 raccordé au tuyau 17 au milieu de ce dernier et pour permettre un mouvement de rotation limité du tuyau 19, comme c'est décrit ci-dessous, et un certain nombre de lumières ou de cavités 107 pour recevoir respectivement les
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tuyères de vapeur 14' aménagées sur le tuyau 17 et permettre des mouvements de rotation d'amplitude limitée des tuyères et le re- foulement de jets de vapeur de ces dernières dans la chambre de combustion.
Le sommet du châssis métallique est pourvu d'une rainure coïncidant avec le conduit 106 et permettant le passage du tuyau 19 et la plaque supérieure de l'enveloppe de la porte de foyer est aussi convenablement rainurée. Les extrémités du tuyau 17 sont obturées par des tourillons montés de manière à pouvoir tourner dans des supports appropriés fixés au châssis mé- tallique de la porte.
Les tuyères 14' peuvent être d'une manière générale sem- blables à la tuyère décrite avec référence à la fig.3 ou la fig.4 sauf que le corps de la tuyère est plus court. Suivant un exemple d'exécution, la largeur de la porte de foyer est de 32 pouces et il existe quatre tuyères disposées symétriquement et espacées l'Orne de l'autre par une distance de 9 pouces. Lorsque le tuyau 19 est vertical, les tuyères ont une inclinaison dirigée de bas en haut d'environ 12¸ .
Le tuyau 19 est raccordé par l'intermédiaire d'un rac- cord souple ou autre, connexion flexible analogue et une soupape de commande à une source de vapeur appropriée et des disposi- tifs sont prévus pour pouvoir faire osciller le tuyau et ajuster par conséquent l'inclinaison des tuyères. La fig. 8 montre une forme d'exécution du mécanisme de connexion permettant les mou- vements d'oscillation du tuyau et du dispositif destiné à régler automatiquement l'inclinaison des tuyères lorsque la porte de foyer est soulevée ou abaissée.
Sur la fig.8, le basculement du tuyau 19 est commandé par la bielle 27 dont une extrémité est articulée à un étrier 26 fixé au tuyau 19 tandis que l'autre extrémité est articulée à une con- sole de support 28 fixée à la plaque postérieure 29 de la trémie à charbon 20. Le tuyau 19 est pourvu d'un prolongement 25 raccor- dé à un tuyau d'amenée de vapeur 108 par l'intermédiaire de deux @
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bouts de tuyau 30 et 31 réunis par le joint à la cardan 33 et raccordés respectivement au prolongement 25 et au tuyau d'arri- vée de vapeur 108 par les joints à la cardan 32 et 34.
Le tuyau 19 et les autres pièces mobiles sont représen- tés en traits pleins dans une position correspondant à la posi- tion la plus basse de la porte de foyer 15, en traits interrompus dans une position correspondant à une position intermédiaire de la porte et en traits de chaînette dans une position correspon- dant au sommet de la course de la porte.
La disposition est telle que lorsque la porte de foyer est élevée en partant de l'extré- mité inférieure de sa course, l'inclinaison de bas en haut des tuyères augmente jusqu'à ce que l'angle d'inclinaison atteigne une valeur maximum, après quoi, si l'on continue à élever la porte l'angle d'inclinaison diminue à tel point que le danger de détérioration de la voûte d'allumage 16 par suite de la projec- tion de vapeur sur sa surface est évité*
L'action des jets de vapeur déchargés par les tuyères
14' est semblable à celle déjà décrite avec référence aux figs.
5 et 6 des dessins.
REVENDICATIONS ===========================
1) Procédé pour brûler un combustible solide présentant des caractéristiques d'inflammation difficile dans un foyer de chaudière où l'on maintient un lit de combustible en amenant le combustible à l'extrémité avant du lit et en le déplaçant vers l'extrémité arrière de ce dernier, caractérisé en ce qu'un fluide élastique est refoulé vers l'arrière à partir de l'avant du foyer de manière à créer une réduction de pression locale et à aspirer les gaz chauds vers l'avant sur une partie antérieure du lit de combustible.
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Improvements to boiler hearths.
This invention relates to the operation of furnaces of boilers of the type having arrangements for maintaining a bed of fuel by supplying the fuel to the front end of the bed and ensuring its movement towards the rear end of the bed. When a fuel of inferior quality with the characteristics of difficult ignition is burned in this fireplace, an area tends to form at the entrance to the fireplace where the fuel is not ignited or is only partial. - lightly ignited, which has the result of reducing the rate at which the fuel can burn on the grate and limiting the efficiency of the boiler.
In reality the fire can in certain cases go out. By speeding up the ignition of fuel, the invention enables fireplaces of the type specified to operate more efficiently when using inferior grade and difficult-to-ignite fuels, and enables burning
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fuels that could not be used otherwise.
The process of operating a furnace furnace with flame retardant solid fuel having provisions for maintaining a fuel bed by supplying fuel to the front end of the bed and providing fuel movement towards the rear of the bed, is characterized according to the invention in that an elastic fluid is forced from the front of the hearth towards the rear, so as to create a local pressure reduction and a suction of hot gases forward onto an anterior section of the fuel bed.
According to one form of construction of the apparatus for carrying out the invention, a mechanical loader of the kind is employed comprising an adjustable hearth door for adjusting the thickness of the fuel bed in a hearth, which is characterized in that a steam nozzle or a series of steam nozzles spaced transversely to the door is or are mounted on the hearth door at its lower end and are liable to cause hot gases to move forward over the fuel in the vicinity of the door by the discharge of the steam towards the rear.
It will therefore be noted that according to the invention, use is made in a mechanically loaded hearth comprising an endless grate, of a hearth door characterized in that a steam nozzle, or a series of transversely spaced steam nozzles. relative to the door is or are mounted on the door at the lower end thereof and are liable, by forcing steam back into a combustion chamber, to cause a movement of hot gases towards front on the fuel in the vicinity of the door.
According to one embodiment of the hearth door provided with a series of nozzles, the spacing of the latter near the ends of the door is smaller than the spacing of the intermediate nozzles. In another embodiment of the @
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door, the nozzles near the ends of the door have relief passages with bores larger than those of the relief passages of the intermediate nozzles.
In yet another embodiment of the hearth door, the nozzles located near the ends of the door are not only arranged at a smaller distance from each other than the intermediate nozzles but also have air passages. relief of bores larger than the bores of the relief passages of the intermediate nozzles. The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 is a schematic view, partial, in longitudinal section showing the anterior parts of an aquatubular boiler hearth and of a mechanical loader with movable grate or chain grate, provided with steam nozzles;
Fig.2 is a side view showing a mechanism for adjusting the angle of the steam nozzles of an aquatubular boiler such as that shown in Fig.l;
Fig.3 is a longitudinal section of a steam nozzle device suitable for use for saturated steam;
Fig. 4 is a longitudinal section of a steam nozzle device suitable for use for superheated steam;
Figs. 5 and 6 are schematic views similar to that of fig.l, fig. 5 showing the appearance of the flame at the front of the combustion chamber under certain operating conditions, without the steam nozzles in use and fig. 6 representing the type of flame at the front of the chamber combustion under the same operating conditions but when the ignition nozzles are in action;
Fig. 7 is a fragmentary view, partially schematic, - in longitudinal vertical section showing the anterior parts @
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a cylinder body type boiler hearth and a mechanical chain grate charger provided with steam nozzles, and
Fig. 8 is a side view showing an automatic tilt adjustment mechanism for the angle (s) of steam nozzles of FIG. 7.
In fig. 1 a front wall 1 of an aquatubular boiler hearth is provided at its lower end with an ignition vault 2 and the mechanical loader for heating the boiler is provided with a hearth door 3 vertically sand grout, which helps to control the flow of charcoal coming from hopper 4. A mobile grid 5, which moves in the direction of the arrow, receives the charcoal from hopper 4 and leads it into a chamber combustion chamber 6 to form a constant-level combustion bed 7, the thickness of which is regulated by the up and down movements of the hearth door which adjust the position of the lower edge of a metal plate 8 forming an extension descending from the main part of the fireplace door, bolted or otherwise secured to the metal frame of the door.
The plate 8 serves to support a steam pipe 9 so arranged as to be supplied with steam from any suitable source through a control valve and a flexible pipe or other equivalent device (not shown. ), and an inlet pipe 10 firmly attached to pipe 9. The latter extends approximately from side to side of hearth door 3 and at the end which is connected to pipe 10 it passes through through a vertical groove (not shown) formed in one side of the hopper and provided with a suitable sealing device.
The latter may, for example, comprise a plate, through which the pipe 9 extends, and which covers the groove in all positions of the latter and is capable of sliding vertically in a guide, fixed to the side of the hopper and provided posterior and anterior walls with grooves similar to the middle groove
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swimming in the side of the hopper and suitably located in relation to this latter groove, in order to allow the necessary movements of the pipe 9. The latter is mounted so that it can be rotated in the plate, 8, by means of suitable devices, such as a number of longitudinally spaced U-shaped bolts 11 provided with securing nuts 12 and combined with spacers 13.
The pipe 9 serves to distribute the steam between a series of steam nozzles 14 mounted on the pipe at suitable intervals along its length. When the pipe 10 is vertical, the nozzles are tilted up and down at a small angle, for example 12, but the angle can be varied between certain limits, if the circumstances require it, by oscillating the pipe 10.
Fig. 2 shows the extreme positions of the pipe 10 and the nozzles 14 in solid lines and in broken lines respectively. The pipe 10 is so established that when it is rotated it moves along a groove in a guide piece 104 and the mechanism which rotates the pipes.
9 and 10 comprises a sleeve 100 capable of sliding on the pipe 10 and having journals by means of which it is connected longitudinally to a head 101 of a threaded rod 24.
The latter can slide in an opening 102 of a fixed guide piece and the thread of the rod engages with a complementary thread tapped in the hub of the hand wheel 23 located between fixed bearings 103 provided with openings through which the rod passes.
In operation, the rotation of the hand wheel 23 gives rise to a longitudinal displacement of the rod 24 and to a resulting oscillation of the pipe 10 together with the pipe 9 and the nozzles 14. As seen in fig.2, moving rod 24 to the left increases the inclination of the nozzles
14 on the horizontal.
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As the steam nozzles are mounted on the firebox door, they are always approximately the same distance above the surface of the adjacent portion of the fuel bed.
In the nozzle device of figs. 3 and 4, the steam pipe 9 is drilled radially at 36 to adapt to the end of a short threaded tube 37 made of steel of great resistance to high temperatures, welded to the end. pipe 9, so as to form a solid vapor-tight seal. A nozzle 14, comprising a thick-walled nozzle body 38 of a suitable high temperature resistant metal, is provided with a threaded portion of reduced diameter screwed into the interior of the tube 37, the shoulder 35. thus formed on the nozzle body being clamped on an asbestos copper washer 39 to form a high temperature resistant vapor seal.
In Fig. 3 the nozzle body 38 has an elongated bore 40 for the passage of saturated vapor to a nozzle orifice comprising a converging portion 41, a narrow passage or constriction 42 of uniform diameter and an outlet 43 having a planar base and divergent sides. As shown, the nozzle body has a diameter several times greater than that of the bore 40.
For example, the following dimensions are suitable for nozzle 14, when pipe 9 is supplied with steam at a pressure between 25 and 100 pounds per square inch: nozzle body length 4 inches; bore diameter 40, · inch; length of constriction 42, 1/8 of an inch; depth of the outlet cavity 43 1/16 inch and minimum and maximum diameters of the. outlet 43, · and 3/8 inch respectively. Preferably, in order to be able to have nozzles capable of ensuring different discharge speeds, nozzles having constrictions of different diameters will be established.
For example, some nozzles can be executed with a restrictor- @
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3/32 inch diameter glue 42 and other nozzles with a 9/64 inch diameter neck 42.
In fig. 4, the nozzle body 38 has an elongated bore 44, of somewhat smaller diameter than that of the bore 40 of fig. 3, for the passage of superheated steam to a nozzle orifice comprising a converging part 45, a narrow passage or constriction 46 of uniform diameter and an outlet 47 with divergent sides at a small angle and of length several times greater than that of the converging part 45.
As an example, suitable dimensions for nozzle 14 have been shown below, when pipe 9 is supplied with steam at a pressure between 25 and 100 pounds per square inch: length of nozzle body 4 inches; bore diameter 44: 3/16 inch; of choke 46: inch; length of outlet 47: 3/4 inch, the walls of the. outlet diverging at an angle of 5 with respect to the longitudinal axis of the nozzle. Preferably, in order to be able to have nozzles capable of ensuring the discharge at different speeds, nozzles having grooves of various diameters will be made. For example, some nozzles may be constructed with a 1/16 inch diameter neck 46 and other nozzles with a 3/32 inch diameter neck 46.
The spacing of the nozzles 14 along the pipe 9 may be uniform and be of any length suitable for the particular kind of installation and the nature of the fuel used, for example, it may in some cases be 3 inches and the nozzles may be. all similar, but it has been found to be advantageous in certain cases to adopt for the nozzles located near the side walls of the combustion chamber a spacing somewhat smaller than that chosen for the other nozzles and to use for the more closely spaced nozzles, a constriction of somewhat larger diameter than that of the other nozzles.
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By way of examples, the arrangements indicated below have been found suitable. In all these arrangements the diameter of the throat of the nearest nozzles is 9/64 inch when supplied with saturated steam, and 3/32 inch when supplied with superheated steam, while the diameter of the throat of the other nozzles is 3/12 inch when the supply is not saturated steam and 1/16 inch when the supply is superheated steam.
The first arrangement relates to a grid having a width of 8 feet for which seventeen nozzles are established, the three nozzles adjacent to each side wall being spaced 4 inches center-to-center while the other eleven Nozzles are spaced 6 inches center to center. The distance between the third and the fourth nozzle. from each end can be 6 inches.
A second arrangement relates to a grid having a width of 10 feet for which twenty-two nozzles are employed, the four nozzles adjacent to each side wall being spaced 4 inches center-to-center and the other fourteen 6 inches apart. axis to axis. The spacing between the fourth and the fifth nozzle on each side may be 5 inches.
A third arrangement relates to a grille having a width of 11 feet 6 inches, for which twenty-five nozzles are used, the five nozzles adjacent to each side wall being spaced 4 inches apart from center to center and the other fifteen. 6 inches from axis to axis. The spacing between the fifth and the sixth nozzle of each category can be 6 inches.
In some cases, the nozzles located near the side walls of a combustion chamber may simply be arranged with a smaller spacing than the other nozzles, the diameters of the throats of all the nozzles being equal, or the spacing between all the nozzles being equal. nozzles can be @
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constant, but the diameters of the throttles of the nozzles located near the sidewalls of a combustion chamber may be greater than those of the throttle of other nozzles.
When the hopper 4 of the. Fig. 1 is loaded with fuel having poor ignition characteristics and the nozzles 14 are not supplied with steam, the fire tends to establish itself in the manner shown in FIG. 5 by lines 48 which represent the flames and combustion does not begin to occur until the coal has traveled some distance inside the hearth, usually midway along zone B; zones A and B are each approximately 12 inches long, zone A starting at the hearth side face of plate 8.
Under these conditions, the measurements taken to determine the temperature and the percentage of CO2 in a stove of the type shown gave the following results: Zone A - 0.4 percent of CO2: temperature too low to ignite the fuel.
Zone B - 5.0 "" "C02: temperature 1184 Fahrenheit.
These figures show the considerable loss of time between the entry of fuel into the hearth and the start of combustion.
When the nozzles 14 are put into action, the approximate space covered by the steam at its exit from each nozzle constitutes, as indicated by the number 49 in fig. 6, a narrow cone, but since the nozzles are relatively brought together across the width of the firebox door 3, the resulting shape of the vapor mass is more of a wedge. The vapor discharge causes local pressure reduction and effervescence, and in reality the steam moving backwards causes the hot gases to move forward under the ignition vault 2 and above the fuel. in zones A and B.
The radiation to the fuel under the ignition vault is thereby increased and the flame is called up in contact with the
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fuel in the vicinity of the firebox door as a result of the tendency of the flames adjacent to the vapor discharge to back up along the grate as indicated at 50. As shown at 51 the shape of the flame in the combustion space located a little beyond the ignition vault is only slightly affected.
Measurements of the temperature and the percentage of CO2 in the furnace operating under the same conditions as above but with the steam nozzles in action gave the following results: Zone A - 12% of CO2 temperature 1800 Fahrenheit
In zone B it was not possible to measure the percentage of C02 or the temperature due to the quantity of flames and the intense effervescence, but the figures recorded in zone A show that the conditions in favor of rapid ignition are considerably improved by the vapor discharge from the ignition nozzles.
In fig. 7 the hearth chamber of a Lancas- hire boiler or other similar boiler with a cylindrical body has an ignition vault 16 and is set up so as to be released by a mechanical loader comprising a chain grate 21 , a hopper 20 and a hearth door 15 which can be raised or lowered in a suitable known manner in order to vary the height of the level of the fuel layer 22.
The hearth door 15 has a metal frame filled with a refractory material in which is provided a horizontal housing 105 extending approximately from one side of the door to the other, to receive a steam pipe 17. , a vertical duct 106 of sufficient dimensions to receive a steam supply pipe 19 connected to the pipe 17 in the middle of the latter and to allow a limited rotational movement of the pipe 19, as described below, and a a certain number of openings or cavities 107 to respectively receive the
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steam nozzles 14 'arranged on the pipe 17 and allow rotational movements of limited amplitude of the nozzles and the discharge of jets of steam from the latter into the combustion chamber.
The top of the metal frame is provided with a groove coinciding with the duct 106 and allowing the passage of the pipe 19 and the upper plate of the casing of the hearth door is also suitably grooved. The ends of the pipe 17 are closed by journals mounted so as to be able to turn in suitable supports fixed to the metal frame of the door.
The nozzles 14 'may be generally similar to the nozzle described with reference to fig.3 or fig.4 except that the body of the nozzle is shorter. According to an exemplary embodiment, the width of the hearth door is 32 inches and there are four nozzles arranged symmetrically and spaced apart the Orne from each other by a distance of 9 inches. When the pipe 19 is vertical, the nozzles have an inclination directed from the bottom to the top of about 12¸.
The pipe 19 is connected by means of a flexible coupling or the like, such flexible connection and a control valve to a suitable source of steam and arrangements are provided to be able to oscillate the pipe and adjust accordingly. the inclination of the nozzles. Fig. 8 shows an embodiment of the connection mechanism allowing the oscillating movements of the pipe and of the device for automatically adjusting the inclination of the nozzles when the hearth door is raised or lowered.
In fig. 8, the tilting of the pipe 19 is controlled by the connecting rod 27, one end of which is articulated to a bracket 26 fixed to the pipe 19 while the other end is articulated to a support bracket 28 fixed to the plate. rear 29 of the coal hopper 20. The pipe 19 is provided with an extension 25 connected to a steam supply pipe 108 by means of two pipes.
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pipe ends 30 and 31 joined by the universal joint 33 and connected respectively to the extension 25 and the steam inlet pipe 108 by the universal joints 32 and 34.
The pipe 19 and the other moving parts are shown in solid lines in a position corresponding to the lowest position of the hearth door 15, in broken lines in a position corresponding to an intermediate position of the door and in chain lines in a position corresponding to the top of the door stroke.
The arrangement is such that when the hearth door is raised from the lower end of its stroke, the bottom to top tilt of the nozzles increases until the tilt angle reaches a maximum value. , after which, if the door is continued to be raised, the angle of inclination decreases to such an extent that the danger of damage to the ignition vault 16 due to the projection of steam on its surface is avoided *
The action of the steam jets discharged by the nozzles
14 'is similar to that already described with reference to FIGS.
5 and 6 of the drawings.
CLAIMS ============================
1) Method for burning solid fuel having difficult ignition characteristics in a furnace furnace where a fuel bed is maintained by bringing the fuel to the front end of the bed and moving it to the rear end of the bed. the latter, characterized in that an elastic fluid is forced backwards from the front of the hearth so as to create a local pressure reduction and to suck the hot gases forward on an anterior part of the bed of fuel.