<Desc/Clms Page number 1>
PROCEDE POUR PRODUIRE 'LE MELANGE DE FILETS DE GAZ -DANS : LES CHAMBRES )DE COMBUSTION ,DE 'GENERATEURS IDE VAPEUR.
La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la réalisation de celui-ci, qui visent à augmenter la turbulence dans la cham- bre de combustion de générateurs de vapeur et à réaliser un meilleur mélange de filets de gaz.
On sait que des filets se forment presque toujours dans des chambres à combustion et que les différents filets de gaz présentent des excès d'air très différents. Dans les zones qui sont le siège d'un développement intense de gaz, il subsiste un déficit d'air'. tandis que d'antres zones présentent un excès d'air trop élevé. Il est donc naturel que l'on s'efforce de mélanger les filets à teneur en air inégale.
Vu la faible turbulence dans la chambre de combustion et la grande ténacité des gaz de fumée, on doit prévoir un long trajet de combustion si l'on veut réaliser un mélange tant soit peu satisfaisant des filets de gaza Souvent ce mélange ne se produit qu'en niveau des surfaces de chauffe par contact, de sorte qu'il se produit ici une combustion complémentaire ou post-combustion indésirable. La tentative visant à. réaliser un mélange intime des filets par des déviations répétées du courant de gaz de fumée n'a pas donné un résultat. décisif. Comme le problème du mélange de gaz de fumée devenait de plus en plus compliqué avec 1-'accroissement de la puissance des chaudières, il ne restait qu'à réduire l'allure du foyer. à mesure que l'on augmentait la puissance.
Ceci a conduit au chambres de combustion actuelles qui présentent de grandes dimen- sions, mais une allure réduite. Or.'} pour réduire le coût des générateurs de vapeur,9 il est nécessaire d'augmenter l'allure des chambres de combustion et de réduire notablement leus dimensions. Toutefois;, ceci ne peut être réalisé qu'en raccourcissant la longueur des flammes et du trajet de combustion des gaz de foyer. La voie à suivre a été tracée par des essais effectués en vue do mélanger les gaz du foyer et l'air'. On a constaté que le trajet de combus-. tion le plus réduit était réalisé lorsque le courant d'air rencontrait le cou-
<Desc/Clms Page number 2>
rant de gaz sous un angle de 90 ou de 180 .
Plus l'écart entre les directions des courants .le gaz et d'air était réduit et plus la flamme était longue, La flamme la plus longue se présentait lorsque le gaz et l'air se dirigeaient dans le même sens. Ce dernier cas se présente dans des chambres de combustion dans le cas de filets d'air orientés parallèlement. En examinant le résultat des essais en ce qui concerne les conditions dans les chambres de combustion, on peut conclure qu'un raccourcissement effectif des trajets de combustion ne peut être réalisé que lorsque les filets de gaz qui s'écoulent parallèlement vien- nent s'entrechoquer ou se croiser.
L'invention propose, pour la réalisation de ce but, un procédé pour mélanger le filet de gaz dans les chambres de combustion de générateurs de va- peur, procédé consistant à diviser le courant des gaz de combustion en courant partiel et de faire dévier ceux-ci de façon qu'ils se heurtent les uns aux au- tres après avoir suivi des directions différentes.
Ceci permet d'augmenter la turbulence dans de telles proportions que, nonobstant la ténacité élevée des gaz de fumée, les filets de gaz s'entre-pénètrent et se mélangent de plus en plus, à un degré qui dépend de la divergence réalisable entre les sens d'é- coulement, On peut ainsi obtenir une combustion des gaz dans des chambres de combustion de dimensions relativement réduites, vu que la.longueur des flammes est diminuée et qu'il suffit de prévoir des trajets de combustion de faible longueur.
Le procédé décrit ici peut être réalisé d'une façon relativement simple par la prévision, dans la chambre de combustion, d'écrans ou chicanes transversales qui divisent le courant de gaz de fumée et font dévier les cou- rants partiels de telle façon que ceux-ci se heurtent ensuite à nouveau en suivant des directions différentes. Ce procédé est applicable à tous les ty- pos de foyer. Les chicanes sont établies utilement en tubes refroidis. Lors- qu'une trop forte abduction de chaleur par les tubes d'écran d'eau n'est pas désirable en certains endroits, par exemple immédiatement au-dessus de la gril- le, ces chicanes peuvent être recouvertes en ces endroits par des matières ré- fractaire,s les tubes formant dans ce cas une charpente de support pour le re- vêtement réfractaire, comme il est connu en soi.
Le réfrigérant peut parcou- rir les tubes par circulation soit naturelle, soit forcée. Afin que la dispo- sition rationnelle des chicanes ou écrans ne soit pas affectée par des consi- dérations dictées par la circulation, il est plus avantageux de prévoir une circulation forcée du réfrigérant dans les tuyaux d'écran d'eau, notamment la circulation forcée de l'eau de la chaudière. Ce procédé n'est pas applicable uniquement dans les installations nouvelles, mais peut aussi être réalisé après coup dans les installations existantes, notamment si 1-'on prévoit une circula- tion forcée du réfrigérant.
Le procédé présente des avantages particuliers dans des installations anciennes qui comportent le plus souvent une chambre de combustion sensiblement trop exiguë d'après les conceptions actuelles et où la combustion des gaz du foyer n'est pas 'complète. Une installation judi- cieuse des chicanes permet d'améliorer notablement le rendement de la chau- dière dans de telles installations, sans frais de transformation élevés.
L'invention sera exposée ci-après en détail par quelques exemples d'exécution suivant les figures 1 à 6.
La figure 1 montre un générateur de vapeur à circulation forcée et à foyer à grille mobile. Dans la chambre de combustion 1 sont installés des écrans transversaux 2 et 3. Ces deux écrans sont constitués par des tubes va- porisateurs disposés serrés côte à côte. Les tubes de l'écran 2 sont infléchis de manière à s'écarter à proximité de la paroi postérieure de la chambre de combustion,en déterminant un passager. Les gaz du foyer qui s'élèvent de la grille 5 sont partagés par l'écran 2. Les gaz qui s'élèvent de la partie antérieure de la grille doivent contourner l'écran. 2 e sont ensuite déviés par l'écran déflecteur 3 vers, le bas, jusque dans l'espace 6.
Les gaz prove- nant de la partie postérieure de la grille traversent le passage 4 et butent presque perpendic airemen t contre le premier courant de gaz dans la chambre 6. Les deux courants de gaz s'entre-pénètrent au milieu d'un tourbillonnement intense. Les différences entre l'excès d'air des deux courants de gaz s'équi- librent et l'on réalise une bonne combustion des gaz .grâce à la post-combustion.
<Desc/Clms Page number 3>
qui en résulte.
On sait par expérience que les gaz du foyer présentent, dans le cas de grilles mobiles, un excès d'air important à l'extrémité de la grille, vu que les gaz ne s'y développentqu'en faible quantité, alors que le lit de charbon situé à levant et surtout au milieu de la grille est le siège d'un développement intense de gaz, alors que ces endroits ne peuvent pas recevoir une quantité d'air comburant suffisante pour assurer la combustion complète.
Une arrivée d'air accrue sous la grille ne fait qu'augmenter le développement des gaz, sans modifier sensiblement le rapport défavorable entre les gaz et l'air au-dessus de la grillée Grâce -au mélange des deux courants de gaz, on augmente l'excès d'air du premier courant de gaz, tout en abaissant - ce qui est très désirable - l'excès d'air)) de toute façon trop élevé, du deuxième cou- rant de gaz. Il' est préférable de donner d'amples dimensions à l'intervalle 4, ce qui permet de modifier la section de passage 4 par des éléments obturateurs conformément à Inexpérience acquise en cours d'exploitation, alors que tout élargissement après coup de ce passage présente plus de difficulté.
Il va de soi que le déficit d'air dans le premier courant de gaz peut être atténué par une introduction d'air secondaire, soit depuis la paroi antérieure de la cham- bre de combustion 1,soit - ce qui est particulièrement efficace - depuis l'é- cran transversal 2 D'ailleurs, les deux dispositions peuvent .-être adoptées conjointement. L'introduction d'air secondaire par l'écran 2 peut être réali- sée en disposant dans les boucles de tubes supérieurs un tube d'air 7 placé transversalement dans la chambre de combustion 1 et servant simultanément de tube de support pour l'écran 2, De même, le déflecteur 3 peut être soutenu par un tube de support 8.
Il va de soi que les tubes de support 7 et 8 peuvent être refroidis par l'eau de la chaudière au moyen d'un système intercalé dans la circulation forcée.
Le courant de gaz combiné pénètre ensuite dans les surfaces de chauf- fe par contact du générateur de vapeur, traverse d'abord le vaporisateur 9 et ensuite le surchauffeur 10. Le carneau descendant 11 de la chaudière contient d'autres surfaces de chauffe 12, lesquelles peuvent consister par exemple en le vaporisateur complémentaire et le réchauffeur d'eau alimentaire.. La sépara- tion de la vapeur à partir du mélange eau-vapeur est assurée dans le ballon 13. Le dispositif de circulation requis n'est pas représenté.
La figure 2 montre -Lui exemple d'exécution analogue. Des écrans obliques 2 sont disposés transversalement dans la chambre de combustion 1; ils sont constitués ici également par des tubes d'écran d'eau rapprochés à contact intime. Les écrans sont séparés par des passages 4. Le courant de gaz qui s'élève de la grille 5 est divisé en quatre courants partiels, dont les trois situés à l'arrière heurtent, ici également, presque perpendiculairement le pro- mier courante comme l'indiquent les flèches dans la figure 2. La division et le guidage des gaz suivant l'invention permettent une enthalpie sensiblement plus élevée dans les chambres de combustion que cela n'était le cas à ce jour.
On peut donc réduire l'encombrement en hauteur des chambres de combustion, de sorte que., comparativement à une chambre de combustion normale., on économise à peu près l'espace 14 représenté en pointillé dans la figure 20
Lorsque les surfaces de chauffe par contact sont disposées horizon- talement, comme.montré dans les dessins, l'espace économisé 14 peut servir d'es- pace à annexes:
, de sorte qu'il est inutile de prévoir un espace particulier dans ce but au-dessus de la voûte de la chaudière, c'est-à-dire que la. chauf frie peut être abaissée de la quantité qui a été économisée sur la chambre de combustion ou que l'on peut installer dans une chaufferie existante de faible hauteur,un deuxième générateur de vapeur à puissance relativement élevée.
Les écrans transversaux 2 sont constitués suivant la figore 2 par des tubes horizontaux;, les éléments tubulaires horizontaux formant cet écran pouvant ê- tre suspendus aux éléments tubulaires verticaux posés le long des parois laté- .t'ales, de sorte que chaque élément tubulaire suspendu dans la chambre de com- bustion présente la forme d'un u. L'écran 2 à passages 4 peut être constitué par Une happe tubulaire continue 15 consistant en plusieurs tronçons tubulaires parallèles.
Dans des chambres de combustion de très grande largeur et de dimen- sions générales très importantes, il est avantageux de soutenir les éléments
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
t"àm.ii =,1.n = l1oriz::.'- =:;ar,:.{: er; '-':' on plusieurs points par une boucle tubulaire sus- pec.3 È...;.,'" .i ,,. itcs oo.!3 mona.4 dans la figure 30 Les tubes dêcr-s d'eau 1( p#:.te'1-L du. cc3J,eeteur de départ l1?< Ils se dirigent d'abord verticalement '<'ers le bas j.e long de la paroi latérale de la chambre de combustion et. sont ensuite plies jusqu'à l'horiz#Jtale", pour former l'écran 2. Au milieu de la chambre de combustion, les tubes d'écran d'eau se dirigent en une boucle 18 jusqu'à la voûte de la chambre de combustion;, où ils sont attaches.
Ils se dirigent ensuite par un trajet identique vers le collecteur de retour 19 situé dur la paroi latérale de droite.. Les tubes d'écran d'eau peuvent former plu- sieurs tronçons aller et retour ou être constitues;, comme indique plus haut;, par une nappe tabulaire. La boucle tubulaire 18 forme un écran longitudinal fermer Ceci est justement très désirable dans les chambres'de combustion à allure élevée, va que les parois de la chambre de combustion suffisent diffi- cilement à elles seules pour loger les surfaces de chauffe par rayonnement.
La figure 4 montre un générateur de vapeur à circulation forcée et à chambre de combustion étirée en longueur. Ici également, des écrans
EMI4.2
t.r?11sversaux 2 à passade A sont disposés dans la chambre de combustion 1. Pour empêcher des dépôts ,le cendres volantes sur les écrans, ceux-ci sont disposés à 1 ." de' tré.m.es 1;eej- p-ôsente l'avantage de pouvoir placer les écrans 2 sui7.,er-.t une pente relati'VemerJt raide. Chaque écran peut être constitué par un plan tubulaire auquel le réfrigérant est amené depuis les parois latérales de la chambre de combustion.
La figure 5 montre à titre d'exemple la construction de la chambre
EMI4.3
de combustion suivant l'invention dans une chaudière à eirculaticn forcée et à foyer au charbon pulvérisée Le charbon est insufflé dans la chambre de com- bustion 1 par les brûleurs 20 placés dans les coins de cette chambre. Les gaz qui s'élèvent dans la chambre de combustion 1 sont décomposés par les écrans
EMI4.4
2 en trois courants partiels. Ici également", ces courants se réunissent à nou- veau derrière les écrans la disposition étant telle que le deuxième et le troi- siéme courant heurtent le premier courant presque perpendiculairement.
Après un brassage intime et une nouvelle déviation par la chicane 3, les, gaz de fumée pénètrent dans le vaporisateur à surface 9 et le surchauffeur 10. D'autres sur- faces de chauffe peuvent succéder aux premières soit au-dessus des surfaces 9, 10 représentées, soit dans un carneau descendant. Une chambre de combustion chauffée au gaz ou à l'huile peut être établie d'une fagon analogue.
La figure 6 montre une chambre de combustion d'une chaudière tubu- laire verticale. Pour améliorer la combustion des gaz, on prévoit dans la cham- bre de combustion 1 des écrans transversaux 2 suivant l'invention. Ici égale- ment, la division du courant de gaz du foyer en plusieurs courants et la réu- nion de ces courants diversement orientés et qui se heurtent mutuellement don- . nent lieu à une turbulence, avec mélange des filets de gaz ayant différentes teneurs en. air. Gomme on le voitil est facile d'établir de tels écrans après
EMI4.5
coup dans les installations exi-stentesy notamment là où le réfrigérant pour les tubes des écrans est soumis à une circulation forcée.
Il est à remarquer que le nombre des écrans transversaux n"est pas
EMI4.6
lignite. Il dépend de la forme de la chambre de combustion., de l'enth81.pie.9 ainsi que du combustible utilisé. L'exemple de la chaudière à tube-foyer mon- tre qu'il n'y a pas lieu de craindre -une combustion moins favorable par suite d'une abduction de chaleur trop élevée. En outre, les expériences avec les
EMI4.7
chaudières à tube-foyer ont ,1.3mo:r:J.b'é que les écrans d'eau ne s incrustent, ou seulement dans -une mesure peu sensible, aux températures les plus élevées. i;éBThoi.c.;5. il eci préférable de disposer les écrans tr81lSVerSa!1X de façon qu'ils soient, séparés par des intervalles suffisants et de prévoir des courants par- tiels d'une épaisseur de 1 m et plus.
Les quantités de gaz di foyer qui traversent les intervalles 4 ne
EMI4.8
sont pas identiques, vu que les courantsrpartiels ne sont pas ô. la même teml)é- rature et ne possèdent donc pas 1;<'1 même force ::iscensionnel1eo En. déterminant les dime!! sions des intervalles 1., on a la possibilité de compenser ou d' accen- hier des différences de force ascensiorl!1el1e et de résistance à l-'éc;;v.1ement.