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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-
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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-.
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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.
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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
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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-
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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.
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