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GENERATEUR DE VAPEUR., DONT LES TUBES VAPORIS'ANTS GARNISSENT LES PAROIS
INTERNES DE-LA CHAMBRE DE COMBUSTION.
L'invention se rapporte à un générateur de vapeur, dont les tubes vaporisants garnissent intérieurement les parois de la chambre de combustion et dont les tubes servant à la surchauffe de la vapeur sont disposés dans le parcours des gaz de combustion à l'extrémité supérieure de la chambre de com- bustiono
Il est difficile dans ces générateurs de vapeur, d'amener tant lors de la production de grandes quantités de vapeur que lors de la produc- tion de faibles quantités de vapeur, les gaz de combustion au surchauffeur à une température suffisamment élevée pour que dans toutes les conditions de la charge le générateur de vapeur fournisse la vapeur à des températures approximativement uniformes.
Cette difficulté se présente particulièrement pour la combustion de charbon pulvérisé dans le générateur de vapeur, car il faut en tout cas empêcher que les cendres contenues dans le charbon ne puissent s'agglutiner sous forme de scories sur les tubes de surchauffeur, en réduisant ainsi la transmission de chaleur des gaz de combustion à la vapeur et en donnant lieu à d'autres perturbations dans le service du générateur de vapeur.
Lorsque les gaz de combustion rencontrent les tubes du surchauf- feur il faut par conséquent que leur température ne soit plus assez élevée pour maintenir les cendres à l'état pâteux ou liquide.
Si dans les générateurs de vapeur de construction habituelle, on détermine la grandeur de la surface de chauffe, c'est-à-dire la longueur du système tubulaire du surchauffeur aménagé derrière la chambre de combus- tion de telle manière que lors de la fourniture des quantités maxima de va- peur le générateur débite la vapeur à la température désirée, les gaz de
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combustion n'atteindront le surchauffeur, lors de la fourniture de plus fai- bles quantités de vapeur et par conséquent de la combustion de plus faibles quantités de combustible, qu'à une température tellement basse qu'il ne four- nira plus la vapeur à la température désirée, mais à une température considé- rablement plus faible.
Par contre, si l'on calcule la surface de chauffe du surchauffeur de façon qu'elle soit suffisante, lors de la fourniture de pe- tites quantités de vapeur, pour livrer la vapeur à la température voulue, le débit se ferait, lors de la fourniture des quantités maxima de vapeur, à une température tellement élevée que la vapeur serait inutilisableo
L'emploi de refroidisseurs supplémentaires, dans lesquels la va- peur après une surchauffe partielle est refroidie suffisamment pour qu'après la surchauffe complémentaire, elle présente la température désirée, a permis, même en cas de chauffage variable de la chaudière, de maintenir la tempéra- ture de la vapeur uniforme.
Toutefois, ce résultat n'est obtenu que lorsque l'allure du feu et par conséquent le débit de vapeur du générateur de vapeur ne varient qu'entre des limites relativement peu étendues, et seulement après une dépense notable pour l'installation de refroidissement.
Un autre moyen connu consiste à employer des brûleurs oscillants à l'aide desquels le charbon pulvérisé est brûlé à une grande distance de l'extrémité de la chambre de combustion pendant les périodes de forte charge de la chaudière et à une plus petite distance de cette extrémité de la cham- bre de combustion lors des faibles charges, et de telle manière que les gaz de la combustion transmettent proportionnelement plusou moins de chaleur aux tubes vaporisants de la chambre de combustion et atteignent par consé- quent le surchauffeur à des températures différentes. Toutefois, on n'arrive à maintenir ainsi une température uniforme de la température de la vapeur surchauffée que si l'allure du feu du générateur de vapeur ne varie qu'en- tre des limites relativement rapprochées.
Il est également usuel de placer les tubes d'un surchauffeur de vapeur devant les parois de la chambre de combustion, ou encore sous for- me de chicanes à l'extrémité de la chambre de combustiono Lorsqu'on brûle de faibles quantités de charbon pulvérisé, ces surchauffeurs soumis au rayonne- ment de la flamme ont la propriété de donner lieu à une surchauffe trop éle- vée de la vapeur, lors de la fourniture de grandes quantités de vapeurLe couplage d'un pareil surchauffeur de vapeur chauffé par rayonnement avec un surchauffeur de vapeur qui n'est chauffé que par contact avec les gaz de combustion dans le parcours des gaz et dans le courant de vapeur,
permet de compléter les caractéristiques différentes du surchauffeur par rayonnement et du surchauffeur par contact pour obtenir une température finale approxi- mativement constante de la vapeur complètement surchauffée, mais ce couplage compensateur ne permet également d'obtenir une température uniforme de la vapeur surchauffée que sur une gamme peu étendue de puissances variables du générateur de vapeur.
L'invention a pour but d'obtenir une température constante de la vapeur pour de grandes différences de l'allure du feu, afin de pouvoir u- tiliser des groupes générateurs de vapeur de grandes capacités dans les cen- trales de pointeso Dans ce but, suivant la présente invention, on munit la chambre de combustion de brûleurs à charbon pulvérisé à tuyères orientables, on dispose dans le tirant des gaz de combustion, au-dessus des tuyères de brûleurs une section de surchauffeur de vapeur, dont les cloisons tubulai- res distantes l'une de l'autre de 50 centimètres au moins constituent des chi- canes dans le courant des gaz de combustion, et on place une section de sur- chauffeur de vapeur à cloisons tubulaires plus rapprochées l'une de l'autre en aval du surchauffeur formant chicanes dans le tirant des gaz de combustion et en amont dans le circuit de vapeur=
En outre,
suivant l'invention, l'orientation des tuyères de brûleurs est de préférence commandée automatiquement en fonction de la tempé- rature de la vapeur débitée par le générateur de vapeur
Lors d'une réduction de l'allure du feu du générateur de vapeur, la position des tuyères de brûleurs n'est par conséquent modifiée que lorsque
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les caractéristiques distinctives du surchauffeur par rayonnement et du sur- chauffeur par contact ne suffisent plus à maintenir la température de la va- peur débitée constante. Il est donc indispensable de régler l'orientation des tuyères de brûleurs de manière qu'elles soient dirigées le plus possible vers le haut lorsque le générateur de vapeur doit être mis en service.
On obtient par le nouveau système de compensation une sécurité beaucoup plus grande du fait qu'aucune particule pâteuse ou liquide de scorie ne rencontre les surfa- ces de chauffe du surchauffeur et ne peut nuire à la transmission de chaleur ni au .réglage des tuyères de brûleurs.
Le dispositif qui fait l'objet de l'invention est représenté en détail sur les dessins annexés, dans lesquels
Fig. 1 montre un générateur de vapeur en coupe transversale suivant la ligne a-b de la Fig. 2.
Fig. 2 représente le surchauffeur par rayonnement et le sur- chauffeur par contact en coupe suivant la ligne a-b de la Fig. 1.
Fig. 3 est une vue en coupe suivant la ligne c-d de la Fig. 1 des brûleurs orientables qui sont disposés dans les angles de la chambre de foyer.
Fig. 4 est une coupe verticale à plus grande échelle d'un jeu typique de brûleurs pour un combustible convenant spécialement à un généra- teur de vapeur suivant la Fig. 1.
Figs. 5a, 5b, 5c sont des vues qui montrent comment les brûleurs orientables doivent être établis et comment la zone de combustion peut être amenée à leur intervention à la partie inférieure,à la partie médiane ou à la partie supérieure de la chambre de combustiono
Figo 6 est un diagramme indiquant les températures que les gaz de combustion sortants doivent avoir pour surchauffer à environ 550 C la vapeur de ce générateur de vapeur, malgré de grandes différences dans les quantités de vapeur fournies.
La chambre de combustion 1 du générateur de vapeur suivant les Figs. 1, 2 et 3 est entourée par la paroi avant 2, la paroi arrière 3 et les parois latérales 4 de ce dernier et par les tubes à circulation d'eau 6 dis- posés devant ces parois.
Au-dessus du fond de la chambre de combustion les tubes 6 des parois avant et arrière forment des surfaces 5 inclinées vers l'intérieur.
Les tubes 6 des deux parois latérales 4 descendent jusqu'à la partie infé- rieure des surfaces inclinées 5 et constituent avec celles-ci une trémie pour recevoir et évacuer les cendreso Les tubes 6 de la paroi avant 2 s'éten- dent vers le haut et y sont raccordés au corps cylindrique D où la vapeur en- gendrée se sépare de l'eau. Quelques tubes désignés par 6' de la paroi arriè- re 3 s'étendent en leur partie supérieure transversalement en travers de l'extrémité 7 de la chambre de combustion pour se rendre ensuite au corps cy- lindrique Do Les tubes 6' de la paroi arrière sont séparés les uns' des autres par une grande distance de 470 à 600 mm. par exemple.
Les tubes restants 6" et 6'" de la paroi arrière s'élèvent le long des parties supérieures de la paroi arrière, puis le long du ciel 8 et sont ensuite raccordés au corps cy- lindrique D. Les parties supérieures 6', 6" et 6'" des tubes de la paroi arrière forment ainsi une cage autour de l'espace 9 qui se trouve au-dessus de la chambre de combustiono Les tubes 6 sont raccordés à leur partie infé- rieure à des collecteurs 10 qui reçoivent l'eau du corps cylindrique D par des tubes non représentés. Les brûleurs 11 sont installés dans la zone infé- rieure de la chambre de combustion 1 au quatre angles de celle-ci.
Ils in- troduisent le combustible et l'air sous forme de jets dirigés tangentielle- ment à un cylindre imaginaire situé à l'intérieur de la chambre de combus- tion, comme le montre la Fig. 3. D'autres dispositions peuvent toutefois ê- tre adoptées pour les brûleurs pour brûler du charbon pulvérisé, de l'huile, du gaz ou des combustibles analogueso Vu dans le sens vertical, le jet qui sort de chacun des brûleurs 11, peut être orienté vers le sommet 7 de la chambre de combustion, de manière que la majeure partie du combustible brû-
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le à proximité de la sortie de la chambre de combustion, comme le montre la Figo 5c.
Les brûleurs peuvent aussi être orientés horizontalement, de manière que la majeure partie du combustible brûle à plus grande distance du sommet de la chambre de combustion, comme c'est représenté sur la Fig.
5b. Si les brûleurs sont orientés vers le bas comme le montre la Fige 5a, la zone principale de combustion se trouve alors à la distance maximum du sommet de la chambre de combustiono La Fig. 4 montre une forme d'exécution des brûleurs permettant de brûler du charbon pulvérisé dans la chambre de combustion. Les brûleurs comportent des chambres à air 12, dont les côtés sont pourvus de lumières d'admission ou de conduits qui leur amènent l'air.
Sur la Fig. 3 les raccords sont désignés par 13; les brûleurs suivant la Fig. 4 comportent six chambres à air 12, dont celles du dessus et du des- sous n'amènent de l'air qu'aux tuyères directrices qui introduisent l'air dans la chambre de combustiono Dans chacune des deuxième et cinquième cham- bres à air débouche un tuyau 15 pour l'amenée du charbon pulvérisé. Le tuyau 15 est prolongé par une pièce intercalaire 16, pour amener le combus- tible du tuyau 15 dans-l'embouchure 17 du brûleur. Les troisième et quatriè- me chambres 12 sont pourvues chacune d'un tuyau 18 dans lequel s'étend une conduite à huile reliée à une embouchure ou tuyère de brûleur 19 d'où de l'huile est injectée dans la chambre de combustion pour l'allumage du char- bon pulvérisé. Les tuyères de brûleurs 17 peuvent avoir une section trans- versale rectangulaire.
Elles sont entourées par une tôle de guidage tubu- laire 20 pour l'amenée d'air. Elles sont orientables autour de pivots dont les paliers horizontaux 21 sont établis sur les parois latérales des cham- bres à air 12 ou sur les pièces intercalaires 16.
Les tuyères à air 14 peuvent également être de section rectan- gulaire et être établies de manière à être orientables dans un plan verti- cal autour de pivots montés dans des paliers horizontaux. Les embouchures 19 sont disposées à l'intérieur de pièces de guidage d'air 22. Leurs envelop- pes internes présentent des plaques inclinées pourvues de trous 23. Elles peuvent être orientées dans un plan vertical sur des pivots qui sont montés dans des coussinets horizontaux 21, les pivots étant fixés aux parois en re- gard de la conduite d'air près de l'extrémité des tuyaux 18. Lorsqu'on fait pivoter les embouchures des tuyères à combustible, à huile et à air 17,19 et 14 de manière à les orienter vers le haut ou vers le bas, elles projettent les jets de combustible et d'air vers le haut ou vers le bas.
La répartition de l'air au-dessus et au-dessous des jets de combustible qui sortent des em- bouchures des tuyères à combustible 17 et 19, reste alors symétrique quelle que soit la position des embouchures de tuyères.
Pour provoquer le mouvement d'orientation de chacune des tuyères de brûleurs représentées 17,14 et 19, on emploie une tige 24 qui est arti- culée à la tôle d'extrémité de la tuyère et dont le prolongement 25 est re- lié à une manivelle qui est actionnée à son tour par une tringle verticale d'orientation 27 pour régler l'orientation des brûleurs.
Un déplacement de la tringle 27 vers le haut oriente toutes les tuyères de brûleurs 17, 14 et 19 de haut en bas autour de leurs coussinets 21, tandis qu'un mouvement de la tringle vers le bas fait pivoter toutes les tuyères vers le haut. Pour produire ces mouvements, il est fait usage sui- vant la Fig. 4 d'un moteur 28. Ce moteur d'orientation 28 attaque un engre- nage réducteur 29 et fait ainsi tourner le bras 30 à l'aide duquel la biel- le de connexion 31, qui est reliée à l'extrémité inférieure de la tringle d'orientation 27, est actionnée. Chacun des brûleurs 11 peut être actionné par un moteur indépendant 28. Toutefois le mouvement d'orientation peut aus- si être transmis aux quatre brûleurs par un seul moteur au moyen de trans- missionsmécaniques qui ne sont pas représentées ici.
Un surchauffeur par rayonnement S est disposé à l'intérieur de la chambre 9 et au-dessus de la chambre de combustion 1. Il comporte plusieurs chicanes à serpentins séparées l'une de l'autre par de larges espaces inter- médiaires, chaque chicane étant constituée de plusieurs tubes parallèles 32, situés à l'intérieur d'un plan de rayonnement et dont les extrémités sont reliées par des coudes de telle sorte que la vapeur les parcourt en série.
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Chaque chicane est raccordée à un collecteur d'entrée 34 et à un collecteur de sortie 35Entre les différentes chicanes se trouve un intervalle relati- vement large, dont la grandeur est de préférence à peu près égale à l'inter- valle entre les tubes 6' de la paroi arrière 3 qui s'étendent en travers de la sortie de la chambre de combustion, de telle sorte que cette disposition des tubes de paroi 6' peut servir d'écran protecteur aux coudes inférieurs 33.
En outre, le générateur de vapeur est pourvu d'un surchauffeur par contact composé de deux sections Cl et C2 et dans lequel les gaz de com- bustion pénètrent après avoir quitté le surchauffeur par rayonnement S.
Le surchauffeur par contact Cl - C2 peut, au point de vue de la construction, être fort semblable au surchauffeur par rayonnement S, sauf que le courant de gaz le parcourt perpendiculairement aux tubes parallèles des serpentins du surchauffeur et que l'espace intermédiaire entre les tu- bes est notablement plus petit. La vapeur est amenée du corps cylindrique D par le tuyau 36 au.collecteur d'entrée 37 de la section C1, du surchauf- feur et est ensuite envoyée par cette première section C1 au collecteur de sortie 38, d'où elle arrive par le tuyau 39 dans le collecteur d'entrée 34 du surchauffeur par rayonnement S. Le collecteur de sortie 35 de ce dernier sert de collecteur d'entrée à la section C2 du surchauffeur. La vapeur sur- chauffée quitte la section C2 du surchauffeur par le collecteur de sortie 40.
Entre les sections C2 et Cl du surchauffeur on peut placer dans le tirant des gaz de combustion un surchauffeur intermédiaire Ro Toute formation de scories sur la surface des tubes du surchauffeur à chicanes S peut être a- menée à un état propre à la désagrégation, lorsqu'on oriente les brûleurs 11 comme c'est représenté sur les Figs. 5a - b - c.
En dehors des avantages déjà cités, le surchauffeur par rayon- nement S présente 'encore, lorsqu'il est employé, dans le même groupe géné- rateur de vapeur, en combinaison, comme c'est représenté ici, avec un sur- chauffeur par contact 10, l'avantage de pouvoir maintenir constante la tem- pérature de la vapeur après le surchauffeur, sur une gamme de charges éten- due, en modifiant dans une mesure relativement faible la position des brû- leurs. La combinaison considérée permet par conséquent aussi de maintenir la température de la vapeur surchauffée constante sur une gamme de charges beaucoup plus étendue que lorsqu'on emploie seulement le brûleur orientable sans le montage en série d'un surchauffeur par rayonnement réparti dans le parcours des gaz d'échappement avec un surchauffeur par contact.
Lorsqu'on modifie l'orientation des brûleurs, la transmission de chaleur au surchauffeur par rayonnement S change beaucoup plus vite que la transmission de chaleur au surchauffeur par contact Cl - C2. Pour une quantité donnée de combustible brûlé par les brûleurs 11, une modification de l'orientation de ces derniers n'a d'autre effet sur le surchauffeur par contact que de provoquer pour une même production de vapeur un changement de la température des gaz de combustion qui circulent sur le surchauffeur.
Ceci est représenté sur la Fig. 6 par les courbes 41, 42, 43 et 44. Toutefois, l'effet exercé sur le surchauffeur par rayonnement S ne résulte pas seule- ment de ces variations de température, mais il est dû plutôt à la faible distance de la flamme au surchauffeur S. Si, comme le montrent les Figs. 5 a, b, c, la distance entre la flamme et le surchauffeur S est réduite de moitié, ce qui se produit lorsqu'on oriente les brûleurs 11 vers le bas, la transmission de chaleur au surchauffeur devient alors environ quatre fois plus grande. Ceci concorde avec la loi générale d'après laquelle la trans- mission de chaleur par rayonnement varie inversement au carré de la distan- ce entre la source de chaleur et la surface réceptrice.
Il en résulte que la réaction du surchauffeur S est extrêmement rapide lors d'un changement de l'orientation des brûleurs 11. Par conséquent, la température de la vapeur qui circule dans les surchauffeurs par rayonnement et par contact couplés de la manière décrite ici, peut être réglée entre des limites de charge beau- coup plus étendues que lorsque la vapeur ne circule que dans un surchauffeur par contact.
On peut s'en rendre compte particulièrement par l'examen de la Figo 6 qui indique d'une manière approximative en % du débit de vapeur d'une
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installation de production de vapeur, les températures des gaz de combus---- tion à l'issue de la chambre de combustion pour différentes charges lorsque le foyer est équipé de brûleur orientables du genre représenté en 11 sur les Figs. 1 et 3. Les courbes 41, 42 et 43 indiquent les températures typiques des gaz de combustion à l'issue de la chambre de combustion lorsque les brû- leurs orientables sont dirigés vers le haut, conformément à la Fig. 5C, hori- zontalement conformément à la Figo 5b ou vers le bas, conformément à la Fig.
5a, et lorsque le débit de vapeur de la chaudière varie de 100 % de la plei- ne charge à 40 % de la pleine charge. La courbe 44 montre les' températures que les gaz de combustion doivent avoir à la sortie de la chambre de combus- tion pour obtenir une température constante de la vapeur, lorsqu'il est fait usage uniquement d'un surchauffeur par contact pour une gamme de charges donnéeo Dans les conditions spéciales considérées ici, la zone sur laquelle l'orientation des brûleurs 11 assure une surchauffe pratiquement constante, s'étend de 100 % de la surcharge à 57 % seulement de celle-ci.
La courbe 45 de la Fig. 6 montre les températures approximatives des gaz de combustion à l'issue de la chambre de combustion, lorsqu'un surchauffeur par rayonne- ment du type de construction ci-dessus décrit est monté au-dessus de la sortie 7 de la chambre de combustion 1 et est relié de la manière représen- tée ici pour la première fois au surchauffeur par contact de telle manière que la vapeur circule dans les deux surchauffeurs successivement.
Par suite des caractéristiques du surchauffeur par rayonnement S, qui provoquent lors d'une diminution de la charge du générateur de vapeur une élévation de la température et par suite de sa grande capacité de réac- tion lors d'un changement de la position des brûleurs, la chute de tempéra- ture dans le surchauffeur par contact C1 - C2 est compensée par une réduc- tion de la charge. Ceci est établi par le fait que pour ce mode de couplage des sections de surchauffeur, il suffit que la température des gaz de combus- tion soit égale à celle que représente approximativement la courbe 45 de la Fig. 6.
Les points d'intersection des courbes 41 et 42 avec la courbe 45 mon- trent que la gamme des charges, sur laquelle le réglage de l'orientation des brûleurs permet d'obtenir une température de surchauffe pratiquement constante, s'étend maintenant de 100 % jusqu'à environ 30 % de la pleine charge, ce que constitue une augmentation remarquable de la zone de régla- ge d'un surchauffeur par contact, employé seul.
La combinaison du surchauffeur par rayonnement mentionné avec le surchauffeur par contact et les brûleurs orientables 11 permet donc sui- vant l'invention de surchauffer la vapeur à des températures plus élevées, du fait qu'on utilise des gaz de combustion à plus haute température, à la sortie de la chambre de combustion. En outre on peut obtenir une plus grande gamme de charges où les températures mentionnéés de la vapeur restent pra- tiquement constantes. Les températures des gaz de combustion après la sor- tie 7 de la chambre de combustion et les températures des gaz de combustion dans les surchauffeurs S et C1 - C2 peuvent être réglées d'après la courbe 45 de la Fig. 6, du fait que l'orientation des brûleurs 11 peut être réglée à la main ou par un dispositif mécanique.
Dans ce dernier cas, le mouvement d'orientation peut être transmis aux quatre brûleurs 11 par le moteur repré- senté 28, ce moteur commun, ou bien des moteurs séparés pour chaque brûleur, étant commandés par la température de la vapeur surchauffée à la prise de vapeur 40. La Fig. 1 montre sous une forme simplifiée un mécanisme de ré- glage qui utilise un thermostat 50 installé à la prise de vapeur 40 et fait agir au moyen d'un dispositif régulateur approprié tout écart de la tempé- rature de la vapeur surchauffée par rapport à la température désirée, comme par exemple 5500G, sur le fonctionnement du moteur 28 de manière à changer l'orientation des brûleurs orientables 11 et amener par conséquent la tempé- rature considérée à la valeur désirée, mentionnée ci-dessus.
REVENDICATIONS.
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