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PROCEDE ET APPAREILLAGE POUR L AMELIORATION DE L'UTILISATION DES
CHALEURS PERDUES.
L'utilisation des gaz d'échappement à la sortie des moteurs à gaz et des moteurs Diesel, au moyen de chaudières à récupération des cha- leurs perdues est d'autant plus économique que la chaudière, ou des parties de celle-ci, sont plus rapprochées des échangeurs de chaleurs perdues, car cette proximité permet de ramener à une valeur minimum les pertes par rayon- nement et par conduction dans les conduites d'échappement, et en même temps de ménager ces conduites en diminuant les contraintes thermiques.
En con- séquence, dans l'utilisation du procédé à circulation forcée ou à parcours forcé dans la chaudière à récupération, on réalise la constitution de la chaudière en reportant certaines parties de la surface chauffante de vapori- sation dans la conduite d'échappement, le plus près possible d'un des em- placements de l'échappement des gaz brûlés. Le progrès essentiel pour l'u- tilisation économique des chaleurs perdues est représenté par le passage au stade technique de la vapeur dite de récupération à haute pression, avec son amélioration connue du rendement dans la chaudière et dans la turbine alimentée.
Le mode divisionnel décrit de construction des chaudières doit, dans le calcul de la surface chauffante de vaporisation disposée dans la conduite d'échappement, prévoir que, avant le surchauffeur, une chute ther- mique suffisante soit encore disponible pour qu'on puisse obtenir la sur- chauffe techniquement nécessaire de la vapeur à haute pression.
Si celà n'est pas possible, on peut selon des propositions connues, soit disposer dans la conduite d'échappement le surchauffeur au lieu de la surface de vaporisation, soit produire la vapeur à haute pression dans la chaudière à récupération avec la faible surchauffe résultant de la chute thermique sans dispositif particulier, et la porter à la température élevée nécessaire dans un surchauffeur central séparé chauffé par un foyer et qu'il est rationnel
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d'affecter à plusieurs chaudières à récupération.
A la sortie, des moteurs à pistons à combustion interne inten- sivement refroidis, par exemple, à la sortie des grands moteurs à gaz refroidis suivant le procédé Erhard & Schmer, les gaz d'échappement pré- sentent,par suite de l'utilisation de quantités relativement importantes d'air de balayage, des températures inférieures à celles des machines sans balayage. Dans ce cas, on ne peut donc utiliser que dans une mesure très limitée, pour la production de vapeur à haute pression, le procédé consis- tant à disposer le surchauffeur dans la conduite d'échappement. En dehors de ce procédé, suivant les propositions faites jusqu'à présent, il ne reste plus que l'utilisation du surchauffeur central.
Les deux procédés précités représentent sans doute une méthode acceptable pour produire à la sortie des moteurs à balayage de la vapeur à haute pression. Il y subsiste toutefois l'inconvénient que, en raison de la quantité totale des gaz d'échappement, augmentée de la quantité d'air de balayage, les pertes spé- cifiques dans les gaz brûlés après la chaudière à récupération sont plus grandes que dans le cas des machines sans balayage.
Selon l'invention, les gaz brûlés doivent dans les chaudières à récupération, de préférence, après les moteurs à gaz ou les moteurs Die- sel à balayage, moyennant l'utilisation de la chaudière divisionnelle connue à circulation ou à parcours forcés dont les parties sont respectivement disposées, la première à l'intérieur de la conduite d'échappement le plus près possible de l'échangeur de chaleurs perdues, et les parties complémen- taires telles que surchauffeur, faisceaux de vaporisation et réchauffeur d'eau d'alimentation dans l'autre chaudière à récupération, subir un ré- chauffage intermédiaire après qu'ils ont été déjà refroidis dans la conduite des gaz brûlés par l'abandon de leur chaleur aux diverses parties de la chaudière, et avant qu'elles pénètrent dans l'autre partie de la chaudière,
comportant des surchauffeurs, et d'autres surfaces d'échanges thermiques.
Alors, en vue du réchauffage, du combustible doit être introduit dans le courant des gaz brûlés, ou bien sans air primaire, ou en tout cas avec une teneur en air primaire telle que l'oxygène en excès dans les gaz brûlés soit consommé, pratiquement en totalité ou au moins en majeure partie, dans la combustion du combustible introduit. Par ce moyen, on peut obtenir une analyse des gaz brûlés qui correspond à celle d'un foyer normal, et par suite,pour une température donnée des gaz brûlés, obtenir une perte norma- le dans les gaz, et par suite une amélioration technique dans 1'utilisation des gaz brûlés à la sortie des moteurs avec excès d'air dans les gaz brûlés.
On connait en soi, l'utilisation de la chaleur sensible des gaz brûlés et la consommation de l'excès d'air contenu dans ces gaz, par combustion dans les foyers de chaudières, et celà à la sortie des turbines à combustion qui en comparaison avec les moteurs à gaz et les moteurs Diesel, nécessitent pour la conservation de la température maximum condi- tionnée par les propriétés des matériaux à l'entrée dans la turbine, des excès d'air de valeurs différentes. Ces gaz brûlés servent alors pratique- ment comme vent de combustion pour les foyers de chaudières.
L'essence de l'invention consiste donc, en un réchauffage in- termédiaire à l'intérieur de la chaudière à récupération, après les pre- mières surfaces chauffantes disposées dans la conduite des gaz brûlés, avec utilisation de l'oxygène encore contenu dans les gaz brulés, ce qui procure simultanément des avantages non obtenus jusqu'ici, à savoir :
Il n'est pas nécessaire de disposer le surchauffeur pour la vapeur à haute pression dans la conduite des gaz brûlés ? ni de réaliser ce surchauffeur avec de trop grandes dimensions à cause de la chute ther- mique réduite, ou bien pour la surchauffe il n'est pas nécessaire de réa- liser un groupe de chaudières à récupération séparées et chauffées par un foyer spécial formant surchauffeur centra 1 ou surchauffeur d'aval.
Au contraire, la production de vapeur à haute pression avec surchauffe éle- vée est possible tout en atteignant les meilleurs rendements à l'intérieur de la chaudière à récupération, indépendamment de la température des gaz brûlés à la sortie du moteur. De plus, il est également possible de comman-
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der par réglage de la surchauffe intermédiaire la surchauffe de la vapeur., en particulier en coopération avec d'autres chaudières De même, le sur- chauffeur de la chaudière à récupération peut être exécuté avec des di- mensions qui lui permettent de fonctionner en surchauffeur central.
L'amélioration thermique réside avant tout dans la diminution des pertes spécifiques des gaz brûlés après la chaudière à récupération, diminution qui n'a jusqu'à présent été ni envisagée, ni obtenue dans aucun procédé d'utilisation des chaleurs perdues publié et connu, après les mo- teurs rejetant des gaz brûlés contenant de l'oxygène et dans la diminu- tion considérable qu'il est possible d'obtenir par un calcul convenable de la surface chauffante dans la conduite des gaz brûlés , des pertes par rayonnement ou par conduction dans cette conduite, en particulier par rapport au cas du montage du surchauffeur dans la conduite des gaz brûlés.
Ce dernier avantage a d'autant plus d'importance que l'on doit pour des laisons d'encombrement établir la deuxième partie de la chau- dière à récupération à une distance plus considérable du moteur, d'autant plus que les conduites d'échappement, en raison de la présence d'oxygène dans les gaz brûlés, sont plus fortement exposées aux attaques des gaz d'é- chappement que lorsqu'elles sont disposées après un moteur sans balayage.
En raison du chauffage intermédiaire décrit, on a donc con- staté que la surchauffe de la vapeur produite dans la chaudière à récupération peut encore être accrue jusqu'à la valeur désirée pour des raisons techniques, même lorsque, dans le cas de l'utilisation des cha- leurs perdues sans réchauffage intermédiaire, la chute thermique serait pour celà insuffisante.
Mais , à cette circonstance est liée également une augmentation'partielle de la production de vapeur dans la chaudière à ré- cupération, augmentation qui dépend entre autres de la disposition et du dimensionnement des surfaces chauffantes, et aussi de circonstances rela- tives à la technique des foyers qui résultent du libre choix du genre et de la quantité du combustible complémentaire, de la composition des gaz brû- lés et de la constitution de la chambre de combustion.
Dans une autre variante, suivant l'invention, de la chauffe in- termédiaire, on peut brûler le combustible complémentaire de façon en soi connue, dans une chambre de précombustion, avec une quantité d'air insuffi- sante pour la combustion complète de ce combustible complémentaire, les gaz réducteurs de la combustion sortant de la chambre de précombustion avec une température telle que, après brassage avec les gaz brûlés (refroi- dis après abandon de chaleur à la première partie de la chaudière dans la conduite des gaz brûlés) avant ou à l'entrée dans l'autre partie de la chaudière à récupération, ilssubissent une combustion finale.
Ce procédé de la chambre de précombustion présente cet avantage que, par le choix de la température des gaz brûlés provenant de la chambre de précombustion à leur rencontre avec les gaz brûlés contenant de l'oxygène, on est certain d'obtenir une stabilisation très poussée de la combustion finale.
Une telle chambre de précombustion peut être munie de surfaces chauffantes, de préférence de surfaces de vaporisation et/ou de surchauffeurs.
Le dessin annexé représente des ,exemples de réalisation de l'invention,les parties assurant les mêmes fonctions étant affectées des mêmes repères.
La fig. 1 représente le principe fondamental de l'invention à l'aide d'une chaudière à circulation forcée.
La fige 2 représente une chaudière à circulation forcée cor- respondant à la fig. 1, dans laquelle se trouve en plus un réchauffage du combustible.
Les figs. 3 à 5 représentent d'autres variantes d'une chaudiè- re, selon l'invention, avec montage d'une chambre de précombustion.
Les figs. 6 et 8 représentent schématiquement des particula- rités de la chambre de précombustion.
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La fig. 7 est une coupe suivant les axes VII-VII des figs. 6 et 8.
Selon la fig. 1, les gaz brûlés d'un moteur à balayage chauffent la surface chauffante 1 d'un faisceau de vaporisation ; ils sont en 2 ré- chauffés par introduction de combustible, et lèchent ensuite le surchauffeur 3, les surfaces de vaporisation 4 et le réchauffeur d'eau d'alimentation 5 Par 6 on désigne la pompe de circulation et par 7 le ballon séparateur.
Dans la fig. 2 après le réchauffeur d'eau 5 est disposé en Plus, le réchauffeur de combustible 8 (réchauffeur de gaz), ce qui permet d'obte- nir dans le cas de température plus élevée de l'eau d'alimentation, une température des gaz brûlés plus basse en proportion à la sortie de la chau- dière, par un mode de construction connu de la chaudière.
Tandis que les figs. 1 et 2 représentent le principe fondamen- tal,.- d'une disposition de chaudière selon l'invention, les figs. 3 et 4 représentent deux dispositions différentes de chaudières, avec chambre de précombustion, qui vont être expliquées plus en détail.
Si par exemple on dispose d'un combustible à bas prix, et si l'on réalise une production de vapeur dépassant la capacité propre du chauf- fage par récupération des chaleurs perdues, il est possible comme le repré- sente la fig. 3 de disposer dans la chambre de précombustion une partie de la surface chauffante du faisceau vaporisateur.
I désigne de nouveau une surface chauffante de vaporisation disposée dans la conduite des gaz brûlés; en 2 on introduit et brûle partiellement dans la chambre de précombustion 9 un mélange d'air et de combustible calculé en fonction de la production totale demandée à la chaudière, et de la quantité d'oxygène contenue dans les gaz brûlés;
par les orifices 10 les gaz brûlés pénètrent dans la cham- bre de combustion de la chaudière à récupération, subissent après brassage avec les gaz de la combustion réducteurs sortant de la chambre de précombus- tion 9, par leur combustion finale un réchauffage et atteignent ensuite le surchauffeur 3, la deuxième partie de la surface de vaporisation 4 dont la première partie est disposée pour former la partie radiante dans la chambre de précombustion 9, et enfin le réchauffeur d'eau d'alimentation 5.6 désig- ne alors la pompe de circulation et 7 désigne le ballon séparateur de la chau- dière à circulation forcée.
Si au contraire le problème est d'assurer la production de la vapeur le plus possible par les chaleurs perdues et de limiter le rôle de chauffage intermédiaire, à donner à la vapeur produite par récupération la surchauffe techniquement nécessaire, l'invention permet une solution qui est représentée comme exemple sur la fig. 4. Ici, dans la chambre de précombustion 9 est disposée la deuxième partie du surchauffeur 3, avan- tageusement sous forme de surchauffeur à rayonnement. En dehors de la re- cherche essentielle exposée ci-dessus d'une combustion stable avec les gaz brûlés la quantité du mélange d'air et de combustible additionnel à intro- duire dans la chambre de précombustion se règle sur l'élévation désirée de la température de la vapeur.
Ici, par suite du réchauffage intermédiaire des gaz brûlés par combustion finale, on peut atteindre déjà dans la première partie du surchauffeur 3 une température de vapeur plus élevée que sans chauffe intermédiaire. Il résulte de là que, dans cette disposition, la quantité de combustible supplémentaire nécessitée par le réchauffage inter- médiaire afin d'obtenir une surchauffe voulue de la vapeur,peut être ré- duite à la mesure minimum convenable. Le surchauffeur central ou le sur- chauffeur d'aval, connu comme groupe spécial séparé pour la surchauffe de la vapeur de récupération à haute pression, est disposé ici dans la chau- dière à récupération elle-même.
Tandis que l'exploitation économique des surchauffeurs construits séparément de la chaudière à récupération néces- site encore des surfaces de chauffe établies spécialement, les autres surfa- ces de chauffe de la chaudière à récupération jouent le même rôle. Le montage d'une deuxième partie du surchauffeur dans la chambre de précombus- tion nécessite, en raison de la grande chute thermique, des surfaces de chauffe du surchauffeur plus petites que celles des exemples illustrés par les figs. 1 et 2, tandis que tous les autres avantages peuvent être obtenus
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en même temps que le chauffage intermédiaire dans la chaudière à récupéra- tion.
En plus des exemples illustrés par les figs . 3 et 4;il est pos- sible de réaliser d'autres dispositions quelconques en fonction des suje- tions de la production et de la surchauffe de la vapeur et des nécessités techniques relatives à la construction des foyers et des chaudières,dans la chambre de précombustion et dans le reste de la chaudière à récupératicn.
On peut ainsi, par exemple selon la fig. 5 disposer la première partie de la surface chauffante du faisceau de vaporisation 4 comme partie à rayon- nement, et ensuite la deuxième partie du surchauffeur 3 dans la chambre de précombustion.
Un brassage intensif des gaz brûlés contenant de l'oxygène avec les gaz de la combustion sortant de la chambre de précombustion est, en plus du maintien de la température de combustion nécessaire, la condition d'une bonne combustion finale. Selon l'invention, le courant des gaz brûlés, ré- parti le plus également possible par des orifices séparés, est introduit con- centriquement dans le courant des gaz de la combustion sortant de la chambre de précombustion. Il est avantageux d'utiliser des modèles de brûleurs en soi connus pour le brassage, les gaz de la combustion sortant de la chambre de précombustion au lieu de gaz de chauffage, et les gaz brûlés au lieu d'air de combustion.
Dans la fig. 6, les gaz de la combustion sortent de la chambre de précombustion 9 au centre et les gaz brûlés pénètrent ensemble par les orifices 10 dans la chaudière à récupération, de telle fagon que les gaz brûlés réalisent en veines concentriques, la surface d'un cône en rotation
Tandis que dans la fig. 6 la conduite des gaz brûlés Il et la chambre de précombustion 9 sont disposées perpendiculairement l'une à l'autre, la fig, 7 représente une disposition coaxiale de ces deux parties, un échange thermique entre les gaz brûlés et la chambre de combustion étant possible de façon connue en soi.
Tous les exemples sont représentés pour des chaudières à circu- lation forcée. Ils n'épuisent pas les possibilités de réalisation. Ainsi par exemple les surfaces chauffantes pour les faisceaux de vaporisation et. le surchauffeur peuvent suivant les besoins être disposés dans les diverses parties de la chaudière avant et après le réchauffage intermédiaire.
Si l'on exécute la surface chauffante du faisceau de vaporisa- tion 1 en forme de grille, celle-si amortit l'écoulement pulsatoire de l'é- chappement, ce qui facilite une introduction régulière du combustible dans le courant des gaz brûlés.
Dans son esprit et en vertu de son principe, on peut utiliser le procédé suivant l'invention également pour les fours avec gaz brûlés ré- ducteurs.
REVENDICATIONS
I.- L'invention a pour objet un procédé pour l'amélioration de l'utilisation des chaleurs perdues, de préférence, à la sortie des mo- teurs à gaz ou des moteurs Diesel à balayage des gaz brûlés, avec une chau- dière à récupération des chaleurs perdues, suivant le procédé de circulation forcée ou de parcours forcée dont la première partie est disposée dans la conduite d'évacuation des gaz brûlés près de l'échangeur des chaleurs perdues, caractérisé par les points suivants pris isolément ou en combinaison :
1.- Les gaz brûlés, après abandon de leur chaleur à la premiè- re partie de la chaudière, subissent dans la conduite d'évacuation des gaz brûlés, par introduction de combustible sans ou avec excès d'air, un réchauf- fage intermédiaire, 1'oxygène en excès dans les gaz brûlés étant pratiquement consommé en totalité ou en majeure partie par la combustion du combustible introduit.
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