<Desc/Clms Page number 1>
PROCEDE ET APPAREIL POUR REGULARISER ET PERFECTIONNER LA CIRCULATION
DANS DES GENERATEURS ;DE 'VAPEUR.
L'invention est relative à des générateurs de vapeur et se rap- porte plus particulièrement à des générateurs de vapeur du genreà tubes d'eau.
Des générateurs de vapeur dans lesquels Peau de la chaudiè- re circule à travers des tubes par une circulation dite naturelle, produite par la différence de densité entre Peau froide et l'eau chaude, ont certains inconvénients. En premier lieu, un grand espace est nécessaire aux tubes de circulation naturelle spécialement pour les parties de la chau- dière dans lesquelles la chaleur se transmet aux tubes principalement par convention.
En ,général, il existe un espace convenable pour les tubes de cir- culation naturelle dans la chambre de combustion du générateur, qui, dans tous les cas, nécessite un certain volume, déterminé principalement par le procédé de chauffage utilisé et par les propriétés du combustible employé.
Des batteries de tubes excessivement importantes sont nécessaires dans les parties de la chaudière se trouvant en dehors de la chambre de combustion ou four notamment pour les surfaces de convection situées sur la conduite des gaz résiduaires partant du sommet du four.
Dans quelques générateurs à vapeur utilisant les tubes à circu- lation naturelle dans la chambre de combustion, ces surfaces de convection ont été construites en vue dune circulation forcée de manière à réduire ain- si de façon notable l'espace nécessaire aux surfaces de chauffe par convec- tion.
Cependant, des générateurs à vapeur utilisant la circulation na-
<Desc/Clms Page number 2>
turelle de l'eau de chaudières dans les tubes des parois du four, ont un autre inconvénient, qui consiste en ce que la circulation de l'eau dans ces tubes est irrégulière pendant les périodes de mise-à-feu. Il en résulte que 1'eau peut être relativement froide dans certains tubes pendant qu'il se produit une grande production de vapeur dans d'autres tubes.
Cette circulation irré- gulière a rendu nécessaire l'extension de la période de mise en marche du gé- nérateur sur une période relativement longue pour éviter le risque d'endomma- ger la chaudière à vapeur pour une quelconque parmi différentes causes, prin- cipalement à cause des tensions de chaleur qui peuvent se produire dans les tubes et dans leurs raccords.
Dans le cas de grandes installations de chaudières, cette longue période de mise en marche est d'ordinaire un grand inconvénient parce qu'elle peut durer plusieurs heures, et, d'ailleurs, il est désirable de réduire ce délai autant que possible.
De même, à moins que des chaudières du type à circulation natu- relle ne soient construites avec le plus grand soin, il arrive fréquemment que certains tubes regoivent en abondance de l'eau circulant à travers eux, pen- dant que d'autres sont inertes. Les tubes inertes ont, d'ailleurs, une ten- dance à se surchauffer et à se rompre.
Par conséquent,le but de la présente invention est de trouver une solution au problème ci-dessus. On réalise ce but en créant un généra- teur de vapeur du genre à circulation combinée naturelle et forcée, 'dans le- quel les tubes du four ou les parois d'eau, comme on les appelle, sont con- struits pour la circulation naturelle, tandis qu'on utilise une pompe pour fai- re circuler l'eau à travers les surfaces de convection situées à l'extérieur du four. Il en résulte que les surfaces de convection peuvent avoir des di- mensions considérablement réduites pour réaliser un des buts de l'invention.
Plus particulièrement, un but de l'invention est de créer un procédé de marche d'un générateur à vapeur du caractère décrit qui supprime la nécessité de longues périodes de mise en marche provenant de l'irrégula- rité de la circulation dans les tubes du four. Suivant ce procédé, une par- tie de l'eau sortant de la pompe qui alimente les tubes de convection, est dé- tournée dans les tubes du four pour améliorer et augmenter la circulation de l'eau dans ces tubes et pour assurer que Peau soit plus uniformément distri- buée dans les tubes du four,proportionnellement à leurs besoins.
De cette façon, la température de Peau dans les tubes de la cham- bre de combustion et également la température des parois de ces tubes est plus uniforme sur toute l'étendue du four, et on peut éviter les tensions calorifi- ques ou des concentrations de chaleur locales qui aboutissent à la rupture du tube. En outre, lorsque la nécessité de l'augmentation de la circulation naturelle de l'eau à travers les tubes du four a cessé, par exemple lorsque la chaudière travaille sous une charge normale constante, le détournement de l'eau de la pompe aux tubes du. four peut être arrêté de manière que seuls les tubes de convection à circulation forcée soient alimentés par la pompe.
Un but de l'invention est également de créer un appareil géné- rateur de vapeur muni d'un système de circulation conçu de manière à permettre à l'eau de circuler à travers les tubes du four soit par circulation naturelle soit par une combinaison des circulations naturelle et forcée.
Un autre but de l'invention est encore de créer un générateur de vapeur muni de tubes de four construits pour y faire passer la circulation naturelle de l'eau de la chaudière, et de tubes comprenant les surfaces de con- vection construites pour la circulation forcée au moyen d'une pompe, et dans lesquels on peut faire passer l'eau de la chaudière de la pompe soit dans les tubes comprenant les surfaces de convection seules ou dans ces surfaces et éga- lement dans les tubes de circulation naturelle du four dans le but d'améliorer la circulation d'eau dans ceux-ci-.
<Desc/Clms Page number 3>
En ayant ces buts ainsi que dautres en vue., qui apparaitront au cours de la description., 1-'invention consiste dans les nouveaux procédés et appareils décrits ci-dessous et plus particulièrement définis dans les reven- dications en annexe, étant bien entendu que certaines modifications à la ré- alisation précise telle que décrite dans la suite peuvent être apportées pour autant quelles rentrent dans le domaine des revendications.
Les dessins-.:en annexe illustrent plusieurs exemples complets de réalisations physiques de linvention construites suivant les procédés les meilleurs connus jusqu'à présent pour Inapplication pratique des principes énoncés,' et sur lesquels la figure 1 est une vue en coupe schématique, verticale d'un générateur de vepeur réalisant les principes de cette invention- la figure 2 est une vue en coupe transversale du générateur pri- se suivant le plan'de la ligne 2-2 de la figure 1; la figure 3 est une vue schématique semblable à la figure 1 mais représentant une autre réalisation de l'invention; la figure 4 est une vue schématique représentant encore une autre réalisation de l'invention;
la figure 5 est une vue en coupe détaillée agrandie représentant une manière d'injection forcée d'eau dans les tubulures d'entrée pour amélio- rer la circulation de l'eau à travers les tubes du four; la figure 6 est une vue semblable à la figure 5, mais représen- tant une autre façon d'améliorer la circulation de l'eau à travers les tubes du four., et la figure 7 est une vue analogue à la figure 2 représentant en- core une autre manière d améliorer la circulation de l'eau à travers les tubes du four..
En se référant à présent particulièrement aux dessins en annexe sur lesquels les mêmes chiffres représentent les mêmes pièces dans toutes les différentes vues; et en particulier sur les figures 1 et 2,le chiffre 5 dé- signe en général le four ou la chambre de combustion d'une installation de gé- nération de vapeur. L'installation comprend le dôme ordinaire de vapeur 6 placé à proximité du sommet de l'appareil, et une conduite de gaz résiduaires 7 communiquant avec le sommet de la chambre de combustion et aboutissant vers le bas à l'extérieur du four pour être raccordée à une cheminée (non repré- sentée) .
Le générateur est muni de batteries de tubes 8, 9, 10 et 11 dans la chambre de combustiondisposées de façon verticale dans cette chambre pour former le mur d'eau usuel du four. Ces tubes sont construits principa- lement pour la circulation naturelle de 1-'eau de la chaudière et, dans ce but, les batteries de tubes 8, 9, 10 et 11 sont munies de tubulures d'entrée res- pectivement 12, 13, 14 et 15, une pour chaque batterie de tubes., et raccor- dées à leurs extrémités inférieures. Les bouts voisins de ces tubulures com- muniquent entre eux par des raccords 17 de diamètre légèrement plus petit que les tubulures.
On conduit 1$ eau de la chaudière du dôme de vapeur 6 dans les tubulures au moyen de deux tubes descendants 16, dont les bouts inférieurs se raccordent aux raccords.'17 aux bouts opposés de la tubulure dentrée 12.
Les bouts supérieurs .des tubes de fours sont d'ailleurs raccordés au dôme de vapeur 6 de la façon ordinaire de manière que la vapeur ou l'émulsion d'eau- vapeur produira dans les tubes de fours puisse monter verticalement par ces tubes et déboucher dans le dôme de vapeur. Les tubes 8, 9, 10 et 11 étant placés directement dans la chambre de combustion, la chaleur est transmise à ces tubes principalement par rayonnement.
<Desc/Clms Page number 4>
Le générateur de vapeur de la présente invention est également muni de tubes formant une ou plusieurs surfaces de chauffe par convection tel- le que la surface indiquée en 19 et placée sur le trajet 7 des gaz résiduai- res à l'extérieur du four, pour retirer la plus grande quantité possible de chaleur des gaz résiduaires sortant du four.
Suivant la présente inventicn, les dimensions de la surface de chauffe par convection 19 peuvent être notablement réduites par la circula- tion forcée de l'eau de la chaudière à travers ces surfaces. Dans ce but, on utilise une pompe de circulation 20 dont l'entrée est raccordée à la partie inférieure du dôme de vapeur par un tube descendant 21 de manière à commu- niquer avec l'espace d'eau du dôme, et dont la sortie communique avec la tubulure d'entrée 22 des tubes de convection ou de la surface de chauffe 19 au moyen d'une conduite 23. On peut ainsi introduire de force de l'eau de la chaudièredans les tubes de convection 19 et on conduit la vapeur ou l'émulsion eau-vapeur produite dans ces tubes dans le dôme de vapeur de la fagon habi- tuelle.
Si les tubes de four 8, 9, 10 et 11 reçoivent seulement une circulation naturelle d'eau de chaudière tandis que les tubes de.la surface de convection 19 reçoivent de l'eau de circulation forcée., comme il a été fait dansquelques cas, la durée de mise en marche du générateur est tout à fait -critique., et doit être étendue sur plusieurs heures pour éviter des concentrations localisées de chaleur dans différentes parties des tubes du four pouvant aboutir à ce que ces tubes se consument ou se rompent autrement.
Ces concentrations de chaleur se produisent à cause de l'irrégularité du dé- bit de l'eau de chaudière à travers les tubes du four, et il est souvent pos- sible que certains de ces tubes reçoivent une alimentation abondante d'eau de chaudière pendant que d'autres ne reçoivent pratiquement aucune circulation.
Ceci est du reste un grand inconvénient, car il-est impossible de maintenir les tubes du four à une température quelconque quelque peu uni- forme, et les tensions de chaleur qui se produisent dans le tube et dans leurs raccords peuvent facilement aboutir à des dégâts sérieux au générateur.
Suivant la présente invention, on utilise la pompe de circulation 20 produisant la circulation forcée de 1-'eau de chaudière dans les tubes de convection 19 dans la conduite des gaz résiduaires 7, pour améliorer la cir- culation de 1-'eau de la chaudière à travers les tubes du four pendant la pé- riode de mise en marche, ouà tout autre moment désiré.
Dans ce but,les tu- bulures d'entrée 12, 13,14 et 15 des tubes du four sont mises en communica- tion avec la sortie de la pompe de circulation 20 au moyen dune conduite 24 adaptée à la conduite 23 aboutissant à la surface de convection,, et de condui- tes d'embranchement 25 venant de la conduite 24 et aboutissant à chacune des tubulures d'entrée.. Une de ces conduites dembranchement s'étend dans chaque raccord 17, et comme on le voit sur la figure 5, possède une tuyère 26 à son extrémité à 1-'intérieur du raccorddirigée de manière à se décharger au bout de la tubulure d'entrée voisine.
Le bout de décharge de chaque tuyère est pla- cé de préférence dans le bout de petit diamètre dune partie 27'du raccord qui diverge vers le bout voisin de la tubulure. Par conséquent, Peau de chau- dière se déchargeant par circulation forcée de la tuyère 26 dans la tubulure de plus grand diamètre produit ainsi une action d'injection favorisant le débit de Peau de chaudière à travers le raccord et dans la tubulure pour y augmenter la pression à une valeur quelque peu plus élevée que celle due à la colonne statique seule.
Une de ces tuyères 26 est prévue pour chacune des tubulures, et les tuyères peuvent induire la circulation de Peau. dans les tubulures en sens inverse des aiguilles d'une montre comme on le voit sur la figure 2.
Comme résultat de cette injection forcée deau de chaudière dans les tubulu- res d'entrée au cours de la période de mise en marche, la pression dans les tubulures augmente et , la circulation de Peau de chaudière vers le haut à tra- vers les tubes du four est grandement améliorée et suffisamment pour exclure
<Desc/Clms Page number 5>
des concentrations nuisibles de chaleur et des tensions dans certains tubes qui ont provoqué jusqu'à présent des dégâts aux tubes ou à leurs raccorde- ments., ou même une rupture des tubes.
En faite la circulation à travers les tubes du four est amélio- rée dans une mesure telle quon puisse maintenir des températures substantiel- lement uniformes dans ces tubeset que la durée de mise en marche du généra- teur puisse être matériellement réduite sans danger de produire des dégâts à l'installation.
Après la période de mise en marche, et lorsque la chaudière fonctionne sous une charge normale constante, l'injection forcée d'eau de chaudière dans les tubulures d'entrée peut être arrêtée en fermant une vanne 28 dans la conduite 24 pour permettre aux ;tube du four de fonctionner en circulation naturelle. Bien que la vanne 28 soit fermée, la pompe de cir- culation 20 continue cependant à produire une circulation d'eau de chaudière forcée dans les tubes de convection 19 sur le trajet des gaz résiduaires 7.
Si on le désire,on peut obtenir une circulation encore meilleure de 'Peau de chaudière à travers les tubes du four pendant la période de mise en marche en prolongeant les conduites d'embranchement 25 longitudinalement à travers l'intérieur des tubulures, comme on le voit en 30 sur la figure 6)) et en raccordant des tuyères 31 aux prolongements 30 dans l'axe du bout d'en- trée de chaque tube de four de manière que les tuyères y pénètrent sur une courte distance.
Par conséquent, on peut injecter de force de Peau de chau- dière dans chacun des tubes du four pour accroître considérablement la circu- lation normale de Peau venant des tubulures dans ces tubeso
La figure 3 représente une autre manière de mise en pratique de l'invention, et assure en outre autant de protection que possible à la pompe en réduisant au minimum la possibilité d'entraînement de vapeur dans la pompe.
Dans cette réalisation de l'invention, on place la pompe de circulation 20 directement en-dessous de la tubulure d'entrée 12 et on raccorde centrée de la pompe à cette tubulure et ainsi au tube descendant 16 à l'aide d'un tube vertical 33. Par conséquent, puisque la tubulure de distribution 12 renferme toujours de Peau,\) elle maintient une bonne alimentation en eau de la pompe et la pression à l'entrée de la pompe est par conséquent légèrement supérieure à celle obtenue dans le restant du système de circulation naturelle.
Ceci est du reste désirable,, car on réduit au minimum la possibilité que 1-'eau de chau- dière au voisinage de l'entrée de la pompe ne se transforme brusquement en va- peur au cours d'une demande subite quelconque du générateur tendant à réduire brusquement la pression dans le système.
Comme dans la réalisation précédente, cependant., la sortie de la pompe est raccordée à la fois à la conduite 24 aboutissant aux tubulures d'en- trée des tubes du four et à la conduite 23 aboutissant à la tubulure d'entrée 22 des tubes de convection à circulation forcée. De même, on utilise la vanne 28 dans la conduite 24 pour régler l'injection d'eau de chaudière dans les tu- -bulures d'entrée des tubes du four.
Dans la réalisation représentée sur la figure 4, on utilise la pompe 20 uniquement pour la circulation forcée de leau de chaudière dans les tubes de convection 19 dans la conduite des gaz résiduaires 7, et on utilise une seconde pompe 20' pour améliorer la circulation d'eau à travers les tu- bes de four. Dans ce cas, les tubes descendants 16 aboutissent aux tubulures en passant par une vanne de réglage 35, et 12'entrée de la pompe 20' est ali- mentée par de l'eau provenant d'une des conduites verticales par un embranche- ment 36 en provenant et contenant une vanne de fermeture 37.
La sortie de la pompe 20' est du reste raccordée aux -tubulures d'entrée des tubes de fours de la même-manière d'écrite antérieurement, excepté que la vanne de fermeture 28 est placée tout près de la sortie de la pompe pour fermer la communication len- tre elle et toutes les conduites d'embranchement 25.
Cette disposition de vannes de fermeture 28 et 37 permet à la pom-
<Desc/Clms Page number 6>
pe 20' de marcher pour améliorer la circulation de Peau à travers les tubes de fours quand ces vannes sont ouvertes, ou à ne permettre uniquement que la circulation naturelle de l'eau à travers les tubes de fours lorsque on met la pompe hors circuit par la fermeture des vannes 28 et 37. Il faut remar- quer,d'ailleurs, que ce mode de réglage de la pompe n'est que représenta- tif et qu'en pratique=, ', la pompe 20' peut être commandée par un moteur élec- trique ou analogue, qu'on peut régler à volonté.
Les avantages de l'invention sont également obtenus par la modi- fication représentée sur la figure 7 sur laquelle les conduites' descendantes 16 des tubes de fours sont raccordées aux parties médianes de deux tubulures d'entrée opposées 13 et 15. Dans ce cas,chacune des conduites 24 qui commu- nique avec la sortie de la pompe par la vanne de fermeture 28, ne porte qu'une branche 25' qui aboutit à travers le tube descendant 16 à son raccordement à la tubulure d'entrée voisine pour pénétrer à l'intérieur de la tubulure.
L'extrémité de la branche 25' dans la tubulure porte une tuyère d'injection 40 pointant en sens opposé suivant l'axe de la tubulure de manière à produi- re une injection forcée d'eau vers les bouts opposés de la tubulure pour amé- liorer le débit d'eau provenant du tube descendant et la circulation de l'eau à travers les tubes du four. Les tuyères 40 exercent d'ailleurs aussi bien leur influence dans les tubulures restantes 12 et 14, car toutes les tubulu- res communiquent entre elles par les raccords 17.
Il apparaît aisément de la description qui précède, considérée en même temps que. les dessins en annexe, à ceux versés dans le métier, que cette invention procure un moyen simple et hautement efficace pour améliorer la circulation à travers les tubes de fours à circulation naturelle d'un gé- nérateur de vapeur non seulement pour protéger les tubes de fours contre les dégâts mais pour réduire de façon matérielle et sûre la durée de mise en marche du générateur.
REVENDICATIONS. l.- Procédé de perfectionnement de la circulation dans des géné- rateurs de vapeur du genre à tubes d'eau ayant des tubes de fours raccordés en un système de circulation servant à la circulation naturelle, et ayant des tubes de convection raccordés à un système de circulation servant à la cir- culation forcéecaractérisé en ce qu'on détourne Une partie de l'eau de la chaudière. qui s'écoule vers les tubes de convection,, du système de circula- tion forcée pendant la période de mise en marche du générateur et en ce qu'on injecte l'eau ainsi détournée dans le système de circulation naturelle des tubes du four.
2. - Dans le fonctionnement d'un générateur de vapeur ayant des tubes de four raccordés en un système de circulation servant à la circulation naturelle du liquide de la chaudière, et ayant des tubes de convection rac- cordés en un système de circulation servant à la circulation forcée du li- quide de la chaudière au moyen d'une pompe, l'opération caractéristique qui consiste à détourner une partie de la décharge de la pompe dans le système de circulation naturelle pour assurer une circulation suffisante du liquide de la chaudière à travers-ces tubes,? de manière à empêcher une surchauffe des tubes du four.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
METHOD AND APPARATUS FOR REGULARIZING AND IMPROVING CIRCULATION
IN STEAM GENERATORS.
The invention relates to steam generators and relates more particularly to steam generators of the water tube type.
Steam generators in which the water from the boiler circulates through tubes by a so-called natural circulation, produced by the difference in density between cold water and hot water, have certain drawbacks. In the first place, a large space is necessary for the natural circulation tubes especially for the parts of the boiler in which the heat is transmitted to the tubes mainly by convention.
In general, there is a suitable space for the natural circulation tubes in the combustion chamber of the generator, which in any case requires a certain volume, determined mainly by the heating method used and by the properties of the gas. fuel used.
Excessively large batteries of tubes are necessary in the parts of the boiler located outside the combustion chamber or furnace, in particular for the convection surfaces located on the waste gas line from the top of the furnace.
In some steam generators using tubes with natural circulation in the combustion chamber, these convection surfaces have been constructed with a view to forced circulation so as to significantly reduce the space required for the heating surfaces by convection.
However, steam generators using natural circulation
<Desc / Clms Page number 2>
Turelle water from the boilers in the tubes of the walls of the furnace, have another drawback, which consists in that the circulation of water in these tubes is irregular during the firing periods. As a result, the water may be relatively cold in some tubes while there is a large production of steam in other tubes.
This irregular circulation made it necessary to extend the start-up period of the generator over a relatively long period to avoid the risk of damaging the steam boiler for any one of different causes, mainly due to the heat stresses which can occur in the tubes and their fittings.
In the case of large boiler installations, this long start-up period is usually a great disadvantage because it can last several hours, and, moreover, it is desirable to reduce this time as much as possible.
Likewise, unless boilers of the natural circulation type are constructed with great care, it frequently happens that some tubes receive an abundance of water flowing through them, while others are. inert. Inert tubes, moreover, have a tendency to overheat and rupture.
Therefore, the object of the present invention is to find a solution to the above problem. This object is achieved by creating a steam generator of the natural and forced combined circulation type, in which the furnace tubes or the water walls, as they are called, are constructed for the natural circulation. , while a pump is used to circulate the water through the convection surfaces on the outside of the oven. As a result, the convection surfaces can have considerably reduced dimensions to achieve one of the objects of the invention.
More particularly, an object of the invention is to provide a method of operating a steam generator of the character described which eliminates the need for long periods of operation arising from the irregular circulation in the tubes of the steam generator. oven. According to this process, part of the water leaving the pump which feeds the convection tubes is diverted into the tubes of the furnace to improve and increase the circulation of water in these tubes and to ensure that the water or more evenly distributed in the tubes of the furnace, in proportion to their needs.
In this way, the temperature of the water in the tubes of the combustion chamber and also the temperature of the walls of these tubes is more uniform over the whole extent of the furnace, and heat stresses or concentrations can be avoided. local heat which results in rupture of the tube. In addition, when the need for the increase in the natural circulation of water through the tubes of the furnace has ceased, for example when the boiler is working under a constant normal load, the diversion of water from the pump to the tubes of. The oven can be stopped so that only the forced circulation convection tubes are supplied by the pump.
An object of the invention is also to create a steam-generating apparatus provided with a circulation system designed so as to allow water to circulate through the tubes of the furnace either by natural circulation or by a combination of natural and forced circulation.
Another object of the invention is still to create a steam generator provided with furnace tubes constructed to pass therein the natural circulation of water from the boiler, and with tubes comprising the convection surfaces constructed for the circulation. forced by means of a pump, and in which the water from the pump boiler can be passed either in the tubes comprising the convection surfaces alone or in these surfaces and also in the natural circulation tubes of the furnace in order to improve the circulation of water therein.
<Desc / Clms Page number 3>
Having these and other objects in view, which will become apparent during the description., The invention consists of the new methods and apparatus described below and more particularly defined in the appended claims, being of course that certain modifications to the precise embodiment as described below can be made as long as they fall within the scope of the claims.
The accompanying drawings illustrate several complete examples of physical embodiments of the invention constructed according to the best known methods hitherto for the practical application of the principles set forth, and in which Figure 1 is a schematic, vertical sectional view of the invention. A steam generator embodying the principles of this invention FIG. 2 is a cross-sectional view of the generator taken along the plane of line 2-2 of FIG. 1; FIG. 3 is a schematic view similar to FIG. 1 but showing another embodiment of the invention; Fig. 4 is a schematic view showing yet another embodiment of the invention;
Fig. 5 is an enlarged detailed sectional view showing one way of forced injection of water into the inlet pipes to improve the circulation of water through the tubes of the furnace; Figure 6 is a view similar to Figure 5, but showing another way of improving the circulation of water through the tubes of the furnace., and Figure 7 is a view similar to Figure 2 showing in - another way to improve the circulation of water through the furnace tubes.
Referring now particularly to the accompanying drawings in which the same numerals represent the same parts in all the different views; and in particular in Figures 1 and 2, the numeral 5 generally designates the furnace or the combustion chamber of a steam generation installation. The installation comprises the ordinary steam dome 6 placed near the top of the appliance, and a waste gas line 7 communicating with the top of the combustion chamber and terminating downwards outside the furnace to be connected. to a fireplace (not shown).
The generator is provided with batteries of tubes 8, 9, 10 and 11 in the combustion chamber arranged vertically in this chamber to form the usual water wall of the furnace. These tubes are constructed primarily for the natural circulation of the boiler water and, for this purpose, the banks of tubes 8, 9, 10 and 11 are provided with inlet tubes 12, 13, respectively. 14 and 15, one for each battery of tubes., And connected at their lower ends. The adjacent ends of these pipes communicate with each other by fittings 17 of slightly smaller diameter than the pipes.
Water from the steam dome boiler 6 is led into the pipes by means of two down pipes 16, the lower ends of which connect to the fittings 17 at the opposite ends of the inlet pipe 12.
The upper ends of the furnace tubes are moreover connected to the steam dome 6 in the ordinary manner so that the steam or the water-steam emulsion will produce in the furnace tubes can rise vertically through these tubes and emerge. in the steam dome. The tubes 8, 9, 10 and 11 being placed directly in the combustion chamber, the heat is transmitted to these tubes mainly by radiation.
<Desc / Clms Page number 4>
The steam generator of the present invention is also provided with tubes forming one or more heating surfaces by convection such as the surface indicated at 19 and placed on the path 7 of the waste gases outside the furnace, to remove as much heat as possible from the waste gases leaving the oven.
According to the present invention, the dimensions of the convection heating surface 19 can be significantly reduced by the forced circulation of boiler water through these surfaces. For this purpose, a circulation pump 20 is used, the inlet of which is connected to the lower part of the steam dome by a descending tube 21 so as to communicate with the water space of the dome, and of which the outlet communicates with the inlet pipe 22 of the convection tubes or the heating surface 19 by means of a pipe 23. It is thus possible to force water from the boiler into the convection tubes 19 and the steam is conducted or the water-vapor emulsion produced in these tubes in the vapor dome in the usual way.
If the furnace tubes 8, 9, 10 and 11 receive only natural circulation of boiler water while the tubes of the convection surface 19 receive forced circulation water, as has been done in some cases , the duration of the operation of the generator is quite critical., and must be extended over several hours to avoid localized concentrations of heat in different parts of the tubes of the furnace which could lead to these tubes being consumed or broken. other.
These heat concentrations occur because of the irregular flow of boiler water through the furnace tubes, and it is often possible that some of these tubes receive an abundant supply of boiler water. while others receive virtually no circulation.
This is, moreover, a great disadvantage, since it is impossible to keep the furnace tubes at any somewhat uniform temperature, and the heat stresses which occur in the tube and in their connections can easily lead to damage. seriously to the generator.
According to the present invention, the circulation pump 20 is used which produces the forced circulation of the boiler water in the convection tubes 19 in the waste gas line 7, to improve the circulation of the water from the boiler. boiler through the furnace tubes during the start-up period, or at any other time desired.
For this purpose, the inlet tubes 12, 13, 14 and 15 of the tubes of the furnace are brought into communication with the outlet of the circulation pump 20 by means of a pipe 24 adapted to the pipe 23 terminating at the outlet. convection surface, and branch pipes 25 coming from pipe 24 and terminating at each of the inlet pipes. One of these branch pipes extends into each fitting 17, and as seen in FIG. Figure 5, has a nozzle 26 at its end 1-inside of the directed fitting so as to discharge at the end of the neighboring inlet pipe.
The discharge end of each nozzle is preferably placed in the small diameter end of a portion 27 'of the fitting which diverges towards the adjacent end of the tubing. Consequently, the boiler water discharging by forced circulation from the nozzle 26 into the larger diameter tubing thus produces an injection action promoting the flow of boiler water through the fitting and into the tubing to increase the flow therein. pressure to a value somewhat higher than that due to the static column alone.
One of these nozzles 26 is provided for each of the pipes, and the nozzles can induce the circulation of water. counterclockwise in the tubing as seen in Figure 2.
As a result of this forced injection of boiler water into the inlet pipes during the start-up period, the pressure in the pipes increases and, the circulation of the boiler water upwards through the pipes. oven is greatly improved and enough to exclude
<Desc / Clms Page number 5>
harmful concentrations of heat and stresses in certain tubes which have heretofore caused damage to the tubes or their connections, or even rupture of the tubes.
In fact the circulation through the tubes of the furnace is improved to such an extent that one can maintain substantially uniform temperatures in these tubes and that the running time of the generator can be materially reduced without danger of producing damage to the installation.
After the start-up period, and when the boiler is operating under constant normal load, the forced injection of boiler water into the inlet pipes can be stopped by closing a valve 28 in line 24 to allow; furnace tube to operate in natural circulation. Although the valve 28 is closed, the circulation pump 20 however continues to produce forced boiler water circulation in the convection tubes 19 on the waste gas path 7.
If desired, even better circulation of the boiler skin through the furnace tubes during the start-up period can be obtained by extending the branch lines longitudinally through the interior of the tubes, as described above. seen at 30 in FIG. 6)) and connecting the nozzles 31 to the extensions 30 in the axis of the inlet end of each furnace tube so that the nozzles enter there a short distance.
Therefore, one can forcibly inject boiler water into each of the tubes of the furnace to greatly increase the normal flow of water from the tubes into these tubes.
Figure 3 illustrates another embodiment of the invention, and further provides as much protection as possible to the pump by minimizing the possibility of vapor entrainment in the pump.
In this embodiment of the invention, the circulation pump 20 is placed directly below the inlet pipe 12 and the pump is connected centrally to this pipe and thus to the descending tube 16 by means of a tube vertical 33. Therefore, since the distribution pipe 12 always contains water, \) it maintains a good supply of water to the pump and the pressure at the inlet of the pump is therefore slightly higher than that obtained in the remainder. of the natural circulation system.
This is, moreover, desirable, since the possibility of the boiler water in the vicinity of the pump inlet being suddenly transformed into steam during any sudden demand from the generator is minimized. tending to abruptly reduce the pressure in the system.
As in the previous embodiment, however, the outlet of the pump is connected both to line 24 terminating at the inlet tubes of the furnace tubes and to line 23 terminating at the inlet tube 22 of the tubes. convection with forced circulation. Likewise, the valve 28 is used in the pipe 24 to regulate the injection of boiler water into the inlet tubes of the furnace tubes.
In the embodiment shown in FIG. 4, the pump 20 is used only for the forced circulation of boiler water in the convection tubes 19 in the waste gas line 7, and a second pump 20 'is used to improve the circulation of the boiler water. water through the oven tubes. In this case, the down tubes 16 terminate in the pipes passing through a control valve 35, and the inlet of the pump 20 'is supplied with water from one of the vertical pipes through a branch. 36 coming from it and containing a closing valve 37.
The outlet of the pump 20 'is moreover connected to the inlet tubes of the furnace tubes in the same manner described previously, except that the shut-off valve 28 is placed very close to the outlet of the pump to close. communication between it and all branch lines 25.
This arrangement of shut-off valves 28 and 37 allows the pump to
<Desc / Clms Page number 6>
eg 20 'to walk to improve the circulation of water through the furnace tubes when these valves are open, or to allow only the natural circulation of water through the furnace tubes when the pump is switched off by the closing of the valves 28 and 37. It should be noted, moreover, that this mode of adjusting the pump is only representative and that in practice =, ', the pump 20' can be controlled by an electric motor or the like, which can be adjusted at will.
The advantages of the invention are also obtained by the modification shown in Figure 7 in which the down pipes 16 of the furnace tubes are connected to the middle parts of two opposite inlet pipes 13 and 15. In this case, each of the conduits 24 which communicates with the outlet of the pump via the closing valve 28, carries only one branch 25 'which terminates through the descending tube 16 at its connection to the neighboring inlet tube in order to enter at inside the tubing.
The end of the branch 25 'in the tubing carries an injection nozzle 40 pointing in the opposite direction along the axis of the tubing so as to produce a forced injection of water towards the opposite ends of the fuel tubing. - improve the flow of water from the descending tube and the circulation of water through the tubes of the furnace. The nozzles 40 also exert their influence in the remaining pipes 12 and 14 as well, since all the pipes communicate with one another via the connectors 17.
It is readily apparent from the preceding description, considered together with. the accompanying drawings, to those skilled in the art, that this invention provides a simple and highly effective means of improving the circulation through the tubes of natural circulation furnaces of a steam generator not only to protect the tubes from heat. ovens against damage but to reduce in a material and safe way the duration of the operation of the generator.
CLAIMS. l.- Process for improving the circulation in water-tube type steam generators having furnace tubes connected in a circulation system serving for natural circulation, and having convection tubes connected to a system circulation used for forced circulation, characterized in that part of the water in the boiler is diverted. which flows to the convection tubes, of the forced circulation system during the period of operation of the generator and in that the water thus diverted is injected into the natural circulation system of the oven tubes.
2. - In the operation of a steam generator having furnace tubes connected in a circulation system serving for the natural circulation of the boiler liquid, and having convection tubes connected in a circulation system serving to the forced circulation of the liquid from the boiler by means of a pump, the characteristic operation which consists in diverting part of the discharge from the pump into the natural circulation system to ensure sufficient circulation of the liquid from the boiler to through these tubes ,? so as to prevent overheating of the oven tubes.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.