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PERFECTIONNEMENTS AUX GENERATEURS DE VAPEUR TUBULAIRES.-
Cette invention se rapporte aux générateurs de vapeur tubulaires et l'un des buts qu'elle vise est de créer des générateurs de vapeur perfec- tionnés comportant des chambres de combustion susceptibles de fonctionner sous des pressions internes notables. Un autre but est de créer des groupes généra- teurs et surchauffeurs de vapeur dont les chambres de combustion sont suscep- tibles de fonctionner sous de notables pressions internes et qui comportent des dispositifs pour surchauffer la vapeur et opérer le réglage de la tempéra- ture de surchauffe.
La présente invention comprend un générateur de vapeur caractéri- sé par un corps supérieur de vapeur et de liquide, un dispositif à colonne descendante verticale entouré d'un écran protecteur refroidi par circulation d'un liquide et s'étendant de haut en bas à partir du corps et un ou plusieurs faisceaux de tubes vaporisants destinés à recevoir du liquide de la colonne descendante et à décharger un mélange de vapeur et de liquide dans le dit corps., ainsi qu'une paroi, comprenant une enveloppe métallique et susceptible de résister à une notable pression interne,
encerclant le dispositif à colon- ne descendante et son écran protecteur pour former un espace qui entoure ce dernier et renferme le ou les faisceaux de tubes vaporisants et dont une partie au moins constitue une chambre pour brûler le combustible ' des allures de com- bustion élevées sous pressiono
L'invention comprend aussi un générateur de vapeur caractérisé par un corps supérieur de vapeur et de liquide, un dispositif à colonne des- cendante verticale entouré d'un dispositif d'écran protecteur refroidi par une circulation de liquide s'étendant de haut en bas du corps supérieur à une chambre inférieure et un ou plusieurs faisceaux de tubes vaporisants raccordés à la chambre et au corps, ainsi qu'une paroi, comprenant une enveloppe métalli- que et susceptible de résister à une notable pression interne,
encerclant le dispositif à colonne descendante et son dispositif protecteur et reliée au corps et à la chambre pour former un espace annulaire qui entoure l'écran pro-
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tecteur et renferme le ou les faisceaux de tubes vaporisants et dont une partie au moins constitue une chambre pour brûler du combustible à des allu- res de combustion élevées sous pression.
L'invention comprend en outre un générateur de vapeur caracté- risé par une partie centrale sous pression d'un système monobloc comportant un corps supérieur de vapeur et de liquide de section transversale circulai- re et de forme allongée verticalement, une colonne descendante verticale de diamètre relativement grand et une chambre inférieure, un écran protecteur refroidi par circulation d'un liquide pour protéger la colonne descendante contre les gaz chauds, un ou plusieurs faisceaux de tubes vaporisants raccor- dés à la chambre et au corps cylindrique et une paroi, comportant une enve-' loppe métallique et susceptible de résister à une pression interne notable,
encerclant la colonne descendante et son écran protecteur et reliée au corps et à la chambre pour former un espace annulaire qui entoure l'écran protecteur et renferme le ou les faisceaux de tubes vaporisants et dont une partie au moins constitue une chambre pour brûler du combustible à des allures de com- bustion élevées sous pression.
L'invention sera décrite ci-dessous à titre d'exemple avec ré- férence aux dessins annexés, dans lesquels :
Fige 1 est une coupe verticale à double plan suivant la ligne brisée 1-1 de la Fig. 3, d'un groupe générateur et surchauffeur de vapeur;
Fig. 2 est une coupe verticale de ce groupe suivant la ligne 2-2 de la Fige 3 ;
Fige 3 est une vue en coupe horizontale suivant la ligne 3-3 de la Fig. 1;
Fig. 4 est une coupe circulaire ou concentrique du surchauffeur suivant la ligne 4-4 de la Fige 1;
Fig. 5 est une vue fragmentaire, montrant en coupe, à une plus grande échelle que la Figo 1, un joint entre la paroi externe ou enveloppe et le corps cylindrique à vapeur et eau;
Fig. 6 est une vue en coupe horizontale d'une variante du groupe générateur et surchauffeur de vapeur, comportant un surchauffeur chauffé sé- parément et pouvant être réglé pour obtenir la température de vapeur désirée;
Fig. 7 est une vue en coupe horizontale d'une autre variante où un parcours de gaz contenant un surchauffeur séparé est pourvu de son propre dispositif régulateur du flux de gaz séparé pour le réglage de la surchauffe;
Figa 8 est une vue en coupe horizontale d'une autre variante, où un parcours de gaz pour surchauffeur séparé est disposé dans un ou deux par- cours de gaz arqués menant d'un foyer unique à des carneaux de gaz séparés, et
Fig. 9 est une coupe horizontale à travers une autre variante encore, où les gaz de combustion sont divisés entre un parcours de gaz de sur- chauffeur et un parcours de gaz de générateur de vapeur, les parcours séparés menant à un carneau unique pourvu d'un dispositif régulateur du flux de gaz.
Figs. 1 à 5 des dessins montrent un groupe générateur et surchauf- feur de vapeur de forme cylindrique, établi verticalement, comportant un corps cylindrique supérieur de vapeur et d'eau 10 et une chambre d'eau inférieure 12 raccordés et rendus solidaires l'un de l'autre par une colonne descendante centrale 14 de diamètre relativement grand. Le corps 10, la colonne descendan- te 14 et la chambre 12 sont unis par soudure. Les parois du corps et de la chambre sont plus épaisses que la paro ae la colonne descendante et le corps de même que la chambre présentent des parties cylindriques percées de trous pour recevoir des tubes et plus épaisses que les têtes ou fonds du corps et de la chambre. Le corps présente une partie cylindrique supérieure adjacente à la partie cylindrique médiane et de plus grand diamètre que celle-ci.
Le corps cylindrique, la colonne descendante et la chambre sont établis suivant une ligne centrale et disposés coaxialement à une paroi externe
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indiquée génériquement en 16, qui comprend une partie centrale ou principa- le cylindrique et des fonds ou pièces d'extrémité supérieur et inférieur elliptiques, et à l'intérieur de laquelle sont disposés les tubes vapori- sants et les tubes surchauffeurs de vapeuro Un faisceau de tubes vapori- sants est indiqué d'une manière générique en 18 sur les Figso 2 et 3 et un surchauffeur est indiqué d'une manière générique en 20.
Les tubes vapori- sants du faisceau tubulaire sont, comme c'est indiqué sur la Fig. 3, dispo- sés en rangées radiales dont la plupart s'étendent approximativement de la colonne descendante 14 à la paroi externe 16 et les entrées des tubes sont raccordées à la chambre d'eau 12 tandis que leurs sorties sont raccordées au corps de vapeur et d'eau 10 de la manière indiquée sur la Figo 2.
Une partie des gaz de combustion pour le chauffage des, tubes sont engendrés dans un foyer 22, chauffé par un brûleur 24, et les gaz ve- nant de ce foyer se rendent dans le sens des flèches 25, 26 et 27 au carneau 30, en circulant ainsi entre les tubes vaporisants du faisceau 18. Les tubes vaporisants sont aussi chauffés par les gaz d'une chambre de combustion 60, après passage de ces gaz sur le surchauffeur 200
Les gaz provenant de la chambre de combustion 22 rencontrent d' abord un écran 32 (Fig. 3) de tubes vaporisants de diamètre relativement grand raccordés à la chambre 12 et au corps de vapeur et d'eau 10 d'une ma- nière semblable à celle dont les tubes de diamètre relativement faible du faisceau 18 sont raccordés.
L'écran 32 agit comme écran protecteur contre la chaleur rayonnante pour les tubes de petit diamètre à espacements relative- ment faibles du faisceau tubulaire 18.
Une paroi du foyer 22 formant chicane du côté gauche du brûleur 24 (Figo 3), est constituée par des tubes verticaux 34, espacés radialement et disposés en une rangée radiale, ces tubes n'étant pourvus que dans la zone située à proximité du brûleur 24, de chevilles et de matière réfractaire 36 fermant les espaces entre les tubes. Les gaz venant du parcours de gaz ren- fermant le surchauffeur 20 peuvent arriver facilement dans le foyer 22 au- dessus et au-dessous de la paroi-chicaneo La construction de cette dernière est d'une façon générale, semblable à la paroi de tubes à pointes représen- tée sur la Fig. 3 du Brevet anglais N 433.834.
La paroi externe de la chambre de combustion 22, avec le par- cours de gaz afférent pour le faisceau de tubes vaporisants 18 est indiquée sommairement par les tubes de parois verticaux tels que 40 à 44, ces tubes étant raccordés à leurs extrémités inférieures à la chambre d'eau 12.et à leurs extrémités supérieures au corps de vapeur et d'eau 10, l'espace entre ces tubes étant fermé par un dispositif à chevilles et matière réfractaire semblable à celui de la paroi-chicane dont font partie les tubes 34.
L'ouverture 50 pour le brûleur de la chambre de combustion 22 est formée par un corps annulaire en matière réfractaire 52 supporté et re- froidi par des tubes de paroi semblables aux tubes 40 à 44 et d'autres tubes de paroi 54 à 57 qui sont recourbés de manière à s'écarter de la forme cor- respondant à la paroi dans la zone de l'ouverture 50 du brûleur pour s'a- dapter à la forme de l'ouverture du brûleur et protéger celle-cio
Une chambre de combustion établie d'une façon similaire pour fonctionner suivant les conditions de surchauffe et aménagée pour être chauffée par un brûleur 62 est indiquée en 600 Les gaz produits dans la chambre de combustion 60 se dirigent d'une façon générale dans le sens des flèches 64 à 67 et au-dessus et au-dessous de la paroi-chicane formée par les chevilles et la matière
réfractaire 36 combinées avec les tubes 34, pour se rendre dans la chambre de combustion 22 et de là par le faisceau de tubes vaporisants 18 dans le carneau 30.
Les parois externes de la chambre de combustion 60 et du par- cours de gaz du surchauffeur afférent sont constituées par des tubes 70 à 74, dont les raccords sont établis comme ceux des tubes de parois externes 40 à 44 et l'espace ménagé entre eux est fermé, comme dans le cas de ces derniers. La chambre de combustion 60 est délimitée aussi par une paroi ra-
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diale indiquée dans son ensemble en 80%et formée d'un dispositif de tubes à chevilles avec matière réfractaire et par une paroi similaire 90 s'é- tendant radialement de la colonne descendante 14 à une paroi arquée 92 qui est formée d'une manière similaire par des tubes à chevilles avec matière réfractaire, les tubes de la paroi 92 étant verticaux et raccordés à la chambre d'eau 12 et au corps de vapeur et d'eau 10.
Entre la chambre de combustion 60 et le parcours de gaz du surchauffeur formé entre la paroi arquée 92 et la paroi externe 16, se trou- ve un écran de protection contre la chaleur de rayonnement 94 comportant trois rangées radiales de tubes vaporisants de grand diamètre, disposés sur des centres relativement larges. Les différentes rangées de ces tubes sont indiquées en 96, 97 et 98, les rangées 96 et 97 s'étendant vers l'intérieur devant la paroi 90.
Les rangées de tubes 96, 97 et 98, comme les rangées radiales de tubes du faisceau tubulaire 18 et la rangée radiale de tubes de la paroi 80 s'étendent vers l'intérieur jusqu'en un point à proximité immé- diate des tubes vaporisants 110 à 113 disposés en cercle et dans une posi- tion contiguë à la colonne descendante 14 pour protéger celle-ci contre les gaz chauds de la 'combustion., La manière dont des groupes de tubes semblables situés intérieurement par rapport à la paroi 92, par rapport à la chambre de combustion 22 et par rapport au faisceau de tubes 18 respectivement, sont formés et raccordés au corps la et à la chambre 12, est indiquée par les tu- bes 110 à 111 sur la Fig. 1 et le tube 113 sur la Fig. 2. Le tube 112 du côté interne de l'écran 94 est semblable au tube 113.
Deux rangées de tubes protecteurs de la colonne descendante, tels que 111 et 111' sont disposés directement en face du brûleur 24, et des rangées de tubes établis d'une façon semblable sont disposées en face du brûleur 62 (Fig. 3).
Les rangées arquées de tubes contigus tels que 111 et 111' (Figo 1) ont leurs parties supérieures 115 disposées le long de la surface du corps cylindrique 10 et leurs parties inférieures 116 disposées d'une ma- nière semblable sur la surface de la chambre 12. Les extrémités supérieures des tubes des rangées contiguës peuvent être disposées en une rangée circon- férentielle, où elles sont raccordées à la partie de grand diamètre du corps 10, tandis que les extrémités inférieures sont raccordées d'une manière sem- blable à la chambre 12.
Les tubes vaporisants communiquent à leurs extrémités supérieu- res avec une chambre d'entrée annulaire 120 (Figo 1) formée entre la paroi de la chambre de vapeur et d'eau 10 et une paroi interne concentrique 122 de section transversale circulaire.
La paroi 122 présente une partie inférieure étranglée 124 communiquant avec la colonne descendante 14 par l'intermédiaire d'un inhibiteur centrifuge ou cyclone 126 et formant la partie inférieure d' une chambre pour la réception de l'eau séparée déchargée d'une chambre de tourbillonnement cylindrique 130 de haut en bas à travers une ouverture an- nulaire 1320
Le mélange de vapeur et d'eau des tubes vaporisants s'élève dans la chambre d'entrée 120 dans la direction indiquée par les flèches 136, 137 et 138 pour se rendre à travers des passages d'entrée tangentiels 140 au som- met de la chambre de tourbillonnement 130.
La vapeur séparée à l'intérieur de la chambre de tourbillonnement.130 s'élève verticalement à travers un sépara- teur auxiliaire 142 pour se rendre dans l'espace de vapeur du corps cylindri- que 10, d'où elle descend à travers des conduits verticaux tels que 144, 146 constituant des parties de certaines des aubes de guidage formant les passa- ges 40 vers les prolongements 150 et 152 d'un collecteur d'entrée 154 de sur chauffeur.
Du collecteur d'entrée 154 la vapeur passe à travers des fais- ceaux de tubes de surchauffeurs 160 à 163 comportant des tubes recourbés en sens inverse de la manière indiquée sur la Figa 4. De ces tubes, la vapeur passe dans un collecteur de sortie 166 et de là à travers une connexion tu- bulaire 168 à un endroit où elle est soumise au traitement ultérieur ou uti- lisée.
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La forme de construction spécifique du séparateur de vapeur et d'eau dont la chambre de tourbillonnement 130 constitue une partie est re- présentée et revendiquée dans la demande de brevet déposée ce jour au nom de la demanderesseo
L'eau peut être amenée à la chambre 12 par une tubulure d'ar- rivée d'eau d'alimentation 200 comprenant un élément tubulaire 202 passant au travers de la paroi inférieure de la chambre.
La paroi cylindrique 16 du groupe générateur et surchauffeur de vapeur, conjointement avec les tubes de parois 40 à 44 et 70 à 74, com- prend une enveloppe métallique 180, cylindrique dans son ensemble, avec une couche d'un isolant thermique 182 intercalée entre cette enveloppe et les tubes de paroi verticaux. A l'extérieur de l'enveloppe métallique 182 se trouve une couche externe 184 d'un isolant thermique disposée entre des supports métalliques 190 à 195 convenablement espacés fixés à l'enveloppe
180.
Le groupe est supporté et maintenu en place par un support circulaire fixé à la base du système monobloc central constitué par le corps de vapeur et d'eau, la colonne descendante et la chambre d'eau et comprenant les éléments 204 et 206. D'autres éléments de support 208 sont disposés ra- dialement autour de l'enveloppe 180 et y sont fermement fixés.
L'extrémité inférieure de l'enveloppe 180 est fixée à la cham- bre 12 en 179, et l'extrémité supérieure de l'enveloppe est fixée à la paroi ' du corps 10 de la manière indiquée sur la Fig. 5. Comme c'est représenté, l'enveloppe 180 est soudée en 220 à un collier 222 qui est fixé positivement, et dans des conditions assurant l'étanchéité aux fluides sous pression, à la paroi du corps 10 par la bague métallique 224, les dispositifs de fixation afférents 226 à 228 et une tresse de garniture 230.
Le but de ce dispositif et d'un dispositif similaire à la partie inférieure de l'enveloppe est de créer des joints étanches au gaz entre le système monobloc central sous pres- sion et l'enveloppe.180, pour permettre au groupe de fonctionner efficacement sous des pressions positives relativement élevées des gaz de combustion.
En service,les chambres de combustion 22 et 60 sont alimentées en air à haute pression et la chambre 60 est chauffée en vue d'obtenir la température de surchauffe désirée, tandis que la chambre 22 est chauffée en vue de satisfaire à la demande de vapeur.
Les variantes représentées sur les Figs. 6 à 9 sont semblables à la forme d'exécution ci-dessus décrite en ce que chacune comporte un sys- tème monobloc central sous pression comprenant un corps de vapeur et d'eau, une colonne descendante et une chambre d'eau, semblables à ceux représentés sur les Figs. 1 et 2, et une paroi cylindrique comprenant une enveloppe mé- tallique disposée autour du système sous pression et assemblée.au corps et à la chambre d'une manière étanche eu égard à la pression existanteo Chacune des variantes comprend aussi un faisceau de tubes vaporisants et un faisceau de tubes surchauffeurs disposés à l'intérieur de l'espace annulaire entre la paroi et le système sous pression.
La variante représentée sur la Fig. 6 comporte deux foyers 250 et 252 séparés par une paroi verticale radiale 254 qui renferme des tubes vaporisants tels que 256, 257 et 258 pourvus de chevilles faisant saillie dans les espaces entre les tubes et couvertes de matière réfractaire 260. La paroi s'étend des tubes de paroi de l'enveloppe extérieure tels que 262 en un point à proximité de la colonne descendante 264.
Des foyers 250 et 252 peuvent être desservis séparément par des brûleurs tels que ceux indiqués en 264 et 266, ces brûleurs étant établis dans des ouvertures appropriées semblables à celles décrites précédemment.
Les brûleurs sont disposés du côté de l'installation opposé au carneau 268, de telle sorte que les gaz provenant des foyers doivent circuler dans des parcours de gaz opposés et approximativement semi-circulaires. Dans le par- cours de gaz de gauche, les gaz circulent à travers un faisceau de tubes surchauffeurs 270, de construction semblable à celle précédemment décrite,
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établi entre une cloison du parcours de gaz intermédiaire 272 formée de tubes à chevilles avec matière réfractaire et la partie adjacente de la paroi ex- terne.
Le surchauffeur 270 est protégé par un faisceau radial de tubes d'écran 274, disposé entre le brûleur 264 et le surchauffeur, les tubes étant de diamètre relativement grand, espacés largement les uns des autres et rac- cordés en leurs extrémités supérieures et inférieures au corps de vapeur et d'eau et à la chambre d'eau respectivement. Le faisceau de tubes d'écran pro- tège aussi le faisceau de tubes vaporisants 276 disposé entre la cloison 272 et la colonne descendante. Ainsi, les gaz à hautes températures de la chambre de combustion 250 passent sur les tubes d'écran 274 et sont divisés par la cloison 272, une certaine partie de ces gaz entrant en contact avec les tubes du surchauffeur 270 et d'autres passant sur les tubes vaporisants 276.
Au delà du surchauffeur et des tubes vaporisants 276, les gaz se réunissent et passent sur une partie d'un faisceau de tubes vaporisants 278 raccordé au corps de vapeur et d'eau et à la chambre d'eau et établi dans un espace s'étendant entre une extrémité de la cloison 272 et un faisceau de tubes d'écran 280, de la manière clairement indiquée sur les dessins.
Les gaz de la chambre de combustion 250 passant partiellement à travers le faisceau de tubes vaporisants 278, se réunissent à d'autres gaz de combustion provenant du foyer 252 et s'échappent du groupe par le carneau 268, dans lequel le courant de gaz est réglé par un registre 282. Les gaz de la chambre de combustion 252 passent d'abord sur l'écran tubulaire 280 et ensuite à travers une partie du faisceau de tubes vaporisants 278 pour rejoindre les' gaz provenant de la chambre de combustion 250.
Dans la variante représentée sur la Fig. 7, il n'y a qu'une seule chambre de combustion 300 et celle-ci est chauffée par des brûleurs'tels que 332 et 334, le courant gazeux provenant de cette chambre étant divisé par une cloison semi-circulaire 302. La totalité des gaz passe d'abord sur le faisceau des tubes d'écran 304 et est ensuite divisée entre le parcours de gaz 306 du surchauffeur et le parcours de gaz 308 des tubes vaporisants. Le courant de gaz à travers le parcours 308 est réglé par un registre 310 monté dans le car- neau 312. Ce dernier est disposé à proximité de la cloison radiale 314 qui forme en combinaison avec la cloison 302 et la cloison radiale 316 la dernière partie du parcours de gaz 308.
La cloison 314 est renforcée en un point inter- médiaire par le raidisseur 323 à cause de la grande différence des pressions s'exerçant sur les côtés opposés de la cloison. Les tubes vaporisants situés à l'intérieur du parcours de gaz 308 sont disposés en un faisceau semi-circulai- re s'étendant de l'écran 304 tout autour de la colonne descendante 320 jusqu' en un point 322 à proximité du carneau 312.
Un surchauffeur 324 construit d'une manière semblable à celui re- présenté sur les Figs. 1, 3 et 4 et comprenant un faisceau de tubes verticaux est établi à l'intérieur du parcours de gaz 306. Au-delà du surchauffeur, des tubes vaporisants sont disposés en rangées radiales et établis sous forme d'un faisceau tubulaire 327 s'étendant d'un point situé à proximité des tubes d'é- cran 326 à un point situé à proximité du carneau 328. Le courant de gaz à tra- vers le parcours de gaz 306 du surchauffeur et la température totale de la va- peur sont réglés par la manoeuvre du registre 330 monté en travers du carneau .
328.
La variante représentée sur la Fige 8 des dessins comporte une chambre de combustion unique 350 susceptible d'être chauffée par des brûleurs 352 et 354, dont les gaz de combustion sont divisés de manière à parcourir des trajets semi-circulaires pour arriver aux carneaux 356 et 358 aménagés du côté opposé aux brûleurs dans le groupe. Les carneaux sont séparés par une cloison séparatrice 360 formée de tubes vaporisants pourvus de chevilles fai- sant saillies dans les espaces entre tubes qui sont remplis de matières ré= . ' fractaires.
Les gaz de combustion qui circulent de la chambre de combustion 350 dans le sens des aiguilles d'une montre autour de la colonne de descente 362 passent d'abord sur le faisceau de tubes d'écran de grand diamètre 364.
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Ils sont alors divisés par une cloison 366 de telle sorte qu'une partie des gaz passe sur les tubes du surchauffeur 368 d'un côté de la paroi. Le restant des gaz, de l'autre côté de la paroi 366, passe sur un faisceau de tubes vaporisants 370 disposés en rangées radiales entre la colonne descendante 362 et la paroi 366. Au-delà de la paroi les deux courants partiels de gaz se réunissent pour passer sur le faisceau de tubes vapori- sants 372 avant de se rendre dans le carneau 356. Le courant de gaz sur le surchauffeur 368 et par conséquent la température finale de la vapeur sont réglés par le registre 374 aménagé dans le carneau 356, provoquant un changement du courant de gaz en sens contraire du mouvement des aiguilles d'une montre autour de la colonne descendante 362 de la chambre de combus- tion 350 au carneau 358.
Ce dernier courant de gaz est réglé par le regis- tre 376.
Les gaz de la chambre de combustion 350 circulant en sens in- verse du mouvement des aiguilles d'une montre autour de la colonne descen- dante 362 passent d'abord sur et entre les tubes du faisceau de tubes d'é- cran de grand diamètre 380. Au-delà de cet écran, les gaz rencontrent les tubes d'un faisceau de tubes vaporisants 382 disposés en rangées radiales et remplissant approximativement l'espace annulaire entre l'écran 380 et la cloison radiale 360. Celle-ci est pourvue de pièces de renforcement radiales 361 et 363.
La variante représentée sur la Fig. 9 des dessins comporte une chambre de combustion unique 400 située d'un.côté de la cloison radiale 402. Immédiatement de l'autre côté de celle-ci se trouve un carneau unique 404 disposé de telle manière que les gaz doivent circuler dans le sens du mouvement des aiguilles d'une montre sur presque toute la circonférence de la colonne descendante.
La chambre de combustion 400 est chauffée par des brûleurs tels que 406 et 408 de préférence disposés à une hauteur intermédiaire en regard de la colonne descendante 410, comme dans les autres variantes.
Les gaz venant de la chambre de combustion rencontrent d'abord les tubes de grand diamètre du faisceau des tubes d'écran 412 disposés en rangées radiales comme c'est indiqué clairement sur les dessins. Au-delà du faisceau des tubes d'écran les gaz sont divisés par une cloison 414 si- tuée entre un parcours de gaz 416 pour le surchauffeur et un parcours de gaz générateur de vapeur dans lequel est établi un faisceau de tubes vapo- risants 418. A l'extérieur du faisceau de tubes vaporisants 418, dans le parcours de gaz correspondant à la surchauffe, se trouve un surchauffeur 420, semblable au surchauffeur des Figs, 1 à 5.
A la sortie du parcours de gaz du surchauffeur 416 les gaz cir- culent sur et entre les tubes d'écran de grand diamètre 422 et ensuite sur le faisceau principal de tubes vaporisants 424 disposés en rangées radiales et s'étendant de l'écran 422 au carneau 404, comme c'est représenté claire- ment sur les dessins. Le courant de gaz à travers le carneau 404 est réglé par le registre 426.
Dans le groupe représenté sur les Figs. 1 à 5 et dans chacune des variantes, la paroi 16 est pourvue d'une ouverture 68 donnant accès à la chambre du surchauffeur,cette ouverture étant disposée directement au-des- sus du surchauffeur et étant normalement fermée par un couvercle approprié qui forme à sa rencontre avec l'enveloppe 180 un joint étanche résistant à la pression existante, par soudure ou d'une autre manière appropriée. Lors- qu'on enlève le couvercle, on peut avoir accès à l'espace annulaire entre l'enveloppe et le récipient central sous pression.
De cette manière, le nom- bre de tubes que l'on doit couper, tant lors de la construction initiale que dans le cours de l'entretien de l'installation, est réduit à un minimum, du fait qu'une grande proportion du nombre des tubes coudés, tant de la surface du surchauffeur que de celle du générateur de vapeur, peuvent être introduits à travers l'ouverture.
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IMPROVEMENTS TO TUBULAR STEAM GENERATORS.
This invention relates to tubular steam generators and one of the objects it aims is to create improved steam generators comprising combustion chambers capable of operating under significant internal pressures. Another aim is to create groups of steam generators and superheaters, the combustion chambers of which are capable of operating under significant internal pressures and which include devices for superheating the steam and controlling the temperature of the steam. overheated.
The present invention comprises a steam generator characterized by an upper body of steam and liquid, a vertical drop column device surrounded by a protective screen cooled by circulating liquid and extending up and down from of the body and one or more bundles of vaporizing tubes intended to receive liquid from the descending column and to discharge a mixture of vapor and liquid in said body., as well as a wall, comprising a metal casing and capable of withstanding a noticeable internal pressure,
encircling the descending column device and its protective screen to form a space which surrounds the latter and encloses the bundle or bundles of vaporizing tubes, at least part of which constitutes a chamber for burning the fuel at high combustion rates under pressure
The invention also comprises a steam generator characterized by an upper body of steam and liquid, a vertical descending column device surrounded by a protective screen device cooled by a flow of liquid extending from top to bottom. from the upper body to a lower chamber and one or more bundles of vaporizing tubes connected to the chamber and to the body, as well as a wall, comprising a metal casing and capable of withstanding a significant internal pressure,
encircling the descending column device and its protective device and connected to the body and the chamber to form an annular space which surrounds the pro screen
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detector and contains the bundle or bundles of vaporizing tubes, at least part of which constitutes a chamber for burning fuel at high combustion rates under pressure.
The invention further comprises a steam generator characterized by a central pressurized part of a monobloc system comprising an upper body of steam and liquid of circular cross section and of vertically elongated shape, a vertical drop column of relatively large diameter and a lower chamber, a protective screen cooled by circulating a liquid to protect the downcomer against hot gases, one or more bundles of vaporizing tubes connected to the chamber and to the cylindrical body and a wall, comprising a metal casing capable of withstanding a significant internal pressure,
encircling the descending column and its protective screen and connected to the body and to the chamber to form an annular space which surrounds the protective screen and encloses the bundle or bundles of vaporizing tubes and at least part of which constitutes a chamber for burning fuel at high combustion rates under pressure.
The invention will be described below by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig 1 is a double plane vertical section taken along the broken line 1-1 of FIG. 3, a steam generator and superheater group;
Fig. 2 is a vertical section of this group on line 2-2 of Fig. 3;
Fig 3 is a horizontal sectional view taken along line 3-3 of FIG. 1;
Fig. 4 is a circular or concentric section of the superheater along line 4-4 of Fig. 1;
Fig. 5 is a fragmentary view, showing in section, on a larger scale than in Fig. 1, a seal between the outer wall or casing and the cylindrical steam and water body;
Fig. 6 is a horizontal sectional view of a variant of the steam generator and superheater unit, comprising a separately heated superheater which can be adjusted to obtain the desired steam temperature;
Fig. 7 is a horizontal cross-sectional view of another variant where a gas path containing a separate superheater is provided with its own separate gas flow regulator for controlling the superheating;
Figa 8 is a horizontal sectional view of another variation, where a separate superheater gas path is arranged in one or two arcuate gas paths leading from a single hearth to separate gas flues, and
Fig. 9 is a horizontal section through yet another variation, where the combustion gases are divided between a superheater gas path and a steam generator gas path, the separate paths leading to a single flue provided with a gas flow regulator device.
Figs. 1 to 5 of the drawings show a vertically arranged cylindrical steam generator and superheater unit having an upper cylindrical body of steam and water 10 and a lower water chamber 12 connected and made integral with one of them. the other by a central descending column 14 of relatively large diameter. Body 10, drop column 14 and chamber 12 are joined by welding. The walls of the body and the chamber are thicker than the walls of the descending column and the body as well as the chamber have cylindrical parts pierced with holes to receive tubes and thicker than the heads or bottoms of the body and the chamber. bedroom. The body has an upper cylindrical part adjacent to the middle cylindrical part and of larger diameter than the latter.
The cylindrical body, the downcomer and the chamber are established along a central line and arranged coaxially with an outer wall
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indicated generically at 16, which comprises a central or main cylindrical part and upper and lower elliptical ends or ends, and inside which are arranged the vaporizing tubes and the steam superheating tubes o A bundle of vaporizing tubes is generically indicated at 18 in Figures 2 and 3 and a superheater is generically indicated at 20.
The vaporizing tubes of the tube bundle are, as shown in Fig. 3, arranged in radial rows most of which extend approximately from the downcomer 14 to the outer wall 16 and the inlets of the tubes are connected to the water chamber 12 while their outlets are connected to the steam body and of water 10 as shown in Figo 2.
A portion of the combustion gases for heating the tubes are generated in a fireplace 22, heated by a burner 24, and the gases coming from this fireplace flow in the direction of arrows 25, 26 and 27 to the flue 30, thus circulating between the vaporizing tubes of the bundle 18. The vaporizing tubes are also heated by the gases of a combustion chamber 60, after passing these gases over the superheater 200
The gases from the combustion chamber 22 first encounter a screen 32 (Fig. 3) of relatively large diameter vaporizing tubes connected to the chamber 12 and to the body of steam and water 10 in a similar manner. to that of which the tubes of relatively small diameter of the bundle 18 are connected.
Shield 32 acts as a protective shield against radiant heat for the small diameter tubes with relatively close spacing of tube bundle 18.
A wall of the furnace 22 forming a baffle on the left side of the burner 24 (Figo 3), is formed by vertical tubes 34, radially spaced apart and arranged in a radial row, these tubes being provided only in the zone located near the burner 24, dowels and refractory material 36 closing the spaces between the tubes. The gases coming from the gas path enclosing the superheater 20 can easily reach the furnace 22 above and below the baffle wall The construction of the latter is generally similar to the tube wall with spikes shown in FIG. 3 of UK Patent No. 433,834.
The outer wall of the combustion chamber 22, with the associated gas path for the bundle of vaporizing tubes 18 is summarily indicated by the vertical wall tubes such as 40 to 44, these tubes being connected at their lower ends to the water chamber 12 and at their upper ends to the body of steam and water 10, the space between these tubes being closed by a device with pins and refractory material similar to that of the baffle wall of which the tubes form part 34.
The opening 50 for the burner of the combustion chamber 22 is formed by an annular body of refractory material 52 supported and cooled by wall tubes similar to tubes 40 to 44 and other wall tubes 54 to 57 which are curved so as to deviate from the shape corresponding to the wall in the region of the opening 50 of the burner in order to adapt to the shape of the burner opening and protect it cio
A combustion chamber similarly established to operate under superheat conditions and arranged to be heated by a burner 62 is indicated at 600 The gases produced in the combustion chamber 60 flow generally in the direction of arrows 64 to 67 and above and below the baffle wall formed by the dowels and the material
refractory 36 combined with the tubes 34, to go into the combustion chamber 22 and from there through the bundle of vaporizing tubes 18 into the flue 30.
The outer walls of the combustion chamber 60 and of the gas path of the related superheater are formed by tubes 70 to 74, the connections of which are established like those of the outer wall tubes 40 to 44 and the space between them. is closed, as in the case of the latter. The combustion chamber 60 is also delimited by a side wall.
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dial shown as a whole at 80% and formed of a dowel tube arrangement with refractory material and a similar wall 90 extending radially from the downcomer 14 to an arcuate wall 92 which is formed in a manner similar by plug tubes with refractory material, the tubes of the wall 92 being vertical and connected to the water chamber 12 and to the body of steam and water 10.
Between the combustion chamber 60 and the gas path of the superheater formed between the arcuate wall 92 and the external wall 16, there is a protective screen against the radiant heat 94 comprising three radial rows of vaporizing tubes of large diameter, arranged on relatively wide centers. The different rows of these tubes are indicated at 96, 97 and 98, the rows 96 and 97 extending inwardly in front of the wall 90.
The rows of tubes 96, 97 and 98, like the radial rows of tubes of the tube bundle 18 and the radial row of tubes of the wall 80 extend inwardly to a point in the immediate vicinity of the vaporizing tubes. 110-113 arranged in a circle and in a position contiguous with the downcomer 14 to protect the latter from the hot gases of combustion. The manner in which groups of like tubes located internally of the wall 92, with respect to the combustion chamber 22 and with respect to the tube bundle 18 respectively, are formed and connected to the body 1a and to the chamber 12, is indicated by the tubes 110 to 111 in FIG. 1 and the tube 113 in FIG. 2. Tube 112 on the inner side of screen 94 is similar to tube 113.
Two rows of downcomer tubes, such as 111 and 111 'are arranged directly in front of burner 24, and rows of tubes established in a similar fashion are arranged in front of burner 62 (Fig. 3).
The arcuate rows of contiguous tubes such as 111 and 111 '(Figo 1) have their upper parts 115 disposed along the surface of the cylindrical body 10 and their lower parts 116 disposed in a similar fashion on the surface of the chamber. 12. The upper ends of the tubes of the contiguous rows may be arranged in a circumferential row, where they are connected to the large diameter portion of the body 10, while the lower ends are connected in a similar manner to the body. bedroom 12.
The vaporizing tubes communicate at their upper ends with an annular inlet chamber 120 (Figo 1) formed between the wall of the vapor and water chamber 10 and a concentric inner wall 122 of circular cross section.
The wall 122 has a constricted lower part 124 communicating with the downcomer 14 by means of a centrifugal inhibitor or cyclone 126 and forming the lower part of a chamber for the reception of the separated water discharged from a chamber. cylindrical swirl 130 up and down through an annular opening 1320
The mixture of steam and water from the vaporizing tubes rises into the inlet chamber 120 in the direction indicated by arrows 136, 137 and 138 to pass through tangential inlet passages 140 at the top of the swirl chamber 130.
The vapor separated within the swirl chamber. 130 rises vertically through an auxiliary separator 142 into the vapor space of the cylindrical body 10, from where it descends through vertical conduits such as 144, 146 constituting parts of some of the guide vanes forming the passages 40 towards the extensions 150 and 152 of an inlet manifold 154 of the overheater.
From the inlet manifold 154 the steam passes through bundles of superheater tubes 160 to 163 having tubes bent in the opposite direction as shown in Figa 4. From these tubes, the steam passes into an outlet manifold. 166 and thence through a tubular connection 168 to a location where it is further processed or used.
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The specific form of construction of the steam and water separator of which the swirl chamber 130 forms a part is shown and claimed in the patent application filed today in the name of the applicant.
Water can be supplied to chamber 12 through a feedwater inlet tubing 200 including a tubular member 202 passing through the bottom wall of the chamber.
The cylindrical wall 16 of the steam generator and superheater unit, together with the wall tubes 40 to 44 and 70 to 74, comprises a metal casing 180, cylindrical as a whole, with a layer of thermal insulation 182 interposed between this envelope and the vertical wall tubes. On the outside of the metal casing 182 is an outer layer 184 of thermal insulation disposed between suitably spaced metal supports 190-195 attached to the casing.
180.
The group is supported and held in place by a circular support fixed to the base of the central monobloc system consisting of the body of steam and water, the descending column and the water chamber and comprising the elements 204 and 206. D ' other support members 208 are disposed radially around the casing 180 and are firmly attached thereto.
The lower end of the casing 180 is attached to the chamber 12 at 179, and the upper end of the casing is attached to the wall of the body 10 as shown in FIG. 5. As shown, the casing 180 is welded at 220 to a collar 222 which is positively attached, and under conditions ensuring the fluid tightness under pressure, to the wall of the body 10 by the metal ring 224, the related fasteners 226 to 228 and a packing braid 230.
The purpose of this device and a similar device at the bottom of the casing is to create gas-tight seals between the central one-piece pressurized system and the casing. 180, to enable the unit to operate efficiently under relatively high positive pressures of the combustion gases.
In use, the combustion chambers 22 and 60 are supplied with high pressure air and the chamber 60 is heated to achieve the desired superheat temperature, while the chamber 22 is heated to meet the demand for steam. .
The variants shown in Figs. 6 to 9 are similar to the embodiment described above in that each comprises a central monobloc pressurized system comprising a body of steam and water, a descending column and a water chamber, similar to those shown in Figs. 1 and 2, and a cylindrical wall comprising a metal casing arranged around the pressurized system and assembled to the body and the chamber in a sealed manner with regard to the existing pressure o Each of the variants also comprises a bundle of vaporizing tubes and a bundle of superheater tubes arranged inside the annular space between the wall and the system under pressure.
The variant shown in FIG. 6 has two hearths 250 and 252 separated by a radial vertical wall 254 which contains vaporizing tubes such as 256, 257 and 258 provided with pins projecting into the spaces between the tubes and covered with refractory material 260. The wall extends from outer casing wall tubes such as 262 at a point near the downcomer 264.
Fireplaces 250 and 252 may be separately serviced by burners such as those indicated at 264 and 266, these burners being established in suitable openings similar to those previously described.
The burners are arranged on the side of the installation opposite the flue 268, so that the gases from the fireplaces must flow in opposite and approximately semi-circular gas paths. In the left gas path, the gases flow through a bundle of superheater tubes 270, similar in construction to that previously described,
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established between a partition of the intermediate gas path 272 formed by plug tubes with refractory material and the adjacent part of the outer wall.
Superheater 270 is protected by a radial bundle of shield tubes 274, disposed between burner 264 and the superheater, the tubes being of relatively large diameter, widely spaced from each other and connected at their upper and lower ends to the superheater. body of steam and water and to the water chamber respectively. The screen tube bundle also protects the vaporizer tube bundle 276 disposed between the partition 272 and the downcomer. Thus, the high temperature gases from the combustion chamber 250 pass over the screen tubes 274 and are divided by the partition 272, some of these gases coming into contact with the tubes of the superheater 270 and others passing over. vaporizing tubes 276.
Beyond the superheater and the vaporizing tubes 276, the gases meet and pass over part of a bundle of vaporizing tubes 278 connected to the body of steam and water and to the water chamber and established in a space s' extending between one end of bulkhead 272 and a bundle of screen tubes 280, as clearly shown in the drawings.
The gases from the combustion chamber 250 passing partially through the vaporizing tube bundle 278, join with other combustion gases from the hearth 252 and escape from the group through the flue 268, in which the gas stream is regulated by a register 282. The gases from the combustion chamber 252 pass first over the tube screen 280 and then through part of the vaporizing tube bundle 278 to join the gases from the combustion chamber 250.
In the variant shown in FIG. 7, there is only one combustion chamber 300 and this is heated by burners such as 332 and 334, the gas stream from this chamber being divided by a semi-circular partition 302. The whole The gas first passes over the bundle of the shield tubes 304 and is then divided between the gas path 306 of the superheater and the gas path 308 of the vaporizing tubes. The gas flow through the path 308 is regulated by a register 310 mounted in the duct 312. The latter is disposed near the radial wall 314 which, in combination with the wall 302 and the radial wall 316, forms the last part. of the gas path 308.
The partition 314 is reinforced at an intermediate point by the stiffener 323 because of the large difference in pressures exerted on opposite sides of the partition. The vaporizing tubes located within the gas path 308 are arranged in a semicircular bundle extending from the screen 304 all around the downcomer 320 to a point 322 near the flue 312.
A superheater 324 constructed in a manner similar to that shown in Figs. 1, 3 and 4 and comprising a bundle of vertical tubes is established inside the gas path 306. Beyond the superheater, vaporizing tubes are arranged in radial rows and established in the form of a tube bundle 327 s' extending from a point near the display tubes 326 to a point near the flue 328. The gas flow through the gas path 306 of the superheater and the total temperature of the steam are regulated by the operation of the register 330 mounted across the flue.
328.
The variant shown in Fig. 8 of the drawings comprises a single combustion chamber 350 capable of being heated by burners 352 and 354, the combustion gases of which are divided so as to travel in semi-circular paths to arrive at the flues 356 and 358 arranged on the side opposite the burners in the group. The flues are separated by a dividing wall 360 formed of vaporizing tubes provided with plugs projecting into the spaces between tubes which are filled with re = material. 'fractals.
Combustion gases that flow from combustion chamber 350 clockwise around downpipe 362 first pass over large diameter screen tube bundle 364.
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They are then divided by a partition 366 so that part of the gas passes over the tubes of the superheater 368 on one side of the wall. The remainder of the gases, on the other side of the wall 366, passes over a bundle of vaporizing tubes 370 arranged in radial rows between the descending column 362 and the wall 366. Beyond the wall the two partial streams of gas are combine to pass over the bundle of vaporizing tubes 372 before going into the flue 356. The gas flow over the superheater 368 and therefore the final temperature of the steam are regulated by the register 374 arranged in the flue 356, causing a change in the gas flow counterclockwise around the downcomer 362 from the combustion chamber 350 to the flue 358.
This latter gas stream is regulated by register 376.
The gases from the combustion chamber 350 flowing in the reverse direction of clockwise movement around the downcomer 362 first pass over and between the tubes of the large screen tube bundle. diameter 380. Beyond this screen, the gases meet the tubes of a bundle of vaporizing tubes 382 arranged in radial rows and approximately filling the annular space between the screen 380 and the radial partition 360. This is provided with of radial reinforcing pieces 361 and 363.
The variant shown in FIG. 9 of the drawings has a single combustion chamber 400 located on one side of the radial partition 402. Immediately on the other side thereof is a single flue 404 arranged such that the gases must flow in the direction clockwise movement almost all the way around the descendant.
The combustion chamber 400 is heated by burners such as 406 and 408, preferably arranged at an intermediate height opposite the descending column 410, as in the other variants.
The gases from the combustion chamber first encounter the large diameter tubes of the shield tube bundle 412 arranged in radial rows as clearly shown in the drawings. Beyond the bundle of screen tubes, the gases are divided by a partition 414 located between a gas path 416 for the superheater and a vapor-generating gas path in which a bundle of vaporizing tubes is established 418 Outside the bundle of vaporizing tubes 418, in the gas path corresponding to the superheating, is a superheater 420, similar to the superheater of Figs, 1 to 5.
At the outlet of the gas path of the superheater 416 the gases circulate on and between the large diameter screen tubes 422 and then on the main bundle of vaporizing tubes 424 arranged in radial rows and extending from the screen 422 at flue 404, as clearly shown in the drawings. The flow of gas through the flue 404 is controlled by the register 426.
In the group shown in Figs. 1 to 5 and in each of the variants, the wall 16 is provided with an opening 68 giving access to the chamber of the superheater, this opening being arranged directly above the superheater and being normally closed by a suitable cover which forms at its meeting with the envelope 180 a tight seal resistant to the existing pressure, by welding or in some other suitable manner. When the cover is removed, access can be made to the annular space between the casing and the central pressure vessel.
In this way, the number of pipes which have to be cut, both during the initial construction and during the maintenance of the installation, is reduced to a minimum, since a large proportion of the many of the bent tubes, both on the superheater surface and on the steam generator surface, can be introduced through the opening.