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,PROCEDE .ET 'DISPOSITIFS POUR 'PRODUIRE !ET SURGHAUFFER LA .VAPEUR.
Cette invention concerne un procédé pour produire et surchauffer de .la vapeur et un groupe générateur et surchauffeur de vapeur pour réaliser ce procédé.
Plus spécifiquement, l'invention se rapporte à des perfectionne- ments aux groupes générateurs et surchauffeurs de vapeur du type à circula- tion en série où le liquide est refoulé sous pression dans une extrémité d' au moins un passage tubulaire chauffé extérieurement et en est déchargé à l'extrémité ou aux extrémités de sortie à l'état de vapeur surchauffée, et à un mode de fonctionnement d'un tel groupe.
Dans un groupe générateur et surchauffeur de vapeur à circula- tion en série le liquide est introduit à une extrémité du tube ou de chaque tube et la ohaleur est appliquée le long du tube de telle sorte que de la va- peur surchauffée est déchargée à l'autre extrémité, la vaporisation finale et complète du liquide ayant lieu en un certain point localisé. Celui-ci correspond à l'emplacement où se fait la dessiccation initiale à 100% de va- peur et on l'appelle généralement point de conversion ou de transition.
En amont de ce point, c'est-à-dire entre le point d'introduction du liquide et le point de transition, le liquide est chauffé progressivement jusqu'à la'témpérature de saturation et est ensuite vaporisé progressivement jus- qu'au point de transition. De ce dernier point jusqu'au point de sortie ou de décharge de la vapeur, si le système tubulaire est soumis à des gaz de chauffe de température suffisante, il y a une augmentation de la quantité de chaleur contenue dans la vapeur, avec une augmentation de la température ou du degré de surchauffe.
Lorsqu'un tel groupe générateur fonctionne à un taux variable d'introduction de liquide d'alimentation, c'est-à-dire si l'on élève ou abais- se le taux d'alimentation en modifiant d'une manière correspondante la con- sommation de chaleur en vue d'obtenir un rendement thermique convenable, l'emplacement du point de conversion ou de transition se déplace, particuliè-
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ronent dans les installations où une partie de la vaporisation est assurée par les tubes de parois des chambres de combustion. Le point de transition se déplace vers l'extrémité de l'entrée d'alimentation,du.-système tubulaire en donnant lieu à une réduction du débit de l'alimentation ét vers l'extré- mité correspondant à la sortie du surchauffeur en donnant lieu à une aug- mentation du débit d'alimentation.
La région du point de transition et la longueur du système tubu- laire ou de la zone dans laquelle cette région se déplace en fonction des charges variables sont sujettes à recevoir des dépôts de sels chimiques par suite de l'évaporation à siccité et le dépôt de sels tend à réduire la trans- mission de chaleur dans une telle mesure que lorsque le point de transition et la zone se trouvent dans une région à température élevée, par exemple, dans la chambre de combustion le système tubulaire est sujet à se surchauffer et à être mis hors service.
On a proposé de faire sortir la zone de transition de la région à température élevée où se fait l'absorption de chaleur, en la plaçant dans le parcours à convection, de telle sorte que môme:s'il se pro- duit une accumulation interne de sels, la transmission de chaleur est telle- ment faible que la surchauffe ne se produit pas. Les sels sont alors enlevés par lavage ou autrement.
Le défaut d'une telle disposition est que le point de transition n'est pas fixe à l'intérieur du tube mais se déplace sur une longueur consi- dérable du système tubulaire lorsque la charge varie, en faisant ainsi inter- venir une longueur notable du système tubulaire qui doit être nettoyée fré- quemment et recevoir une meilleure protection contre les détériorations, par suite de surchauffe et de corrosion par l'emploi d'aciers spéciaux appropriés.
Un but de l'invention est de réduire le déplacement du point de transition, en abaissant ainsi le coût de l'installation par suite de la di- minution des quantités de métaux spéciaux extrêmement coûteux qui seraient nécessaires sans cela.
Dans le cas où il est fait usage d'une chambre de :combustion à parois refroidies dans un groupe générateur et surchauffeur de vapeur à cir- culation forcée, haute pression et température de surchauffe élevée., du type à circuit continu, et où le volume de la chambre de combustion est établi de manière que les gaz qui quittent celle-ci aient une température suffisam- ment faible pour éviter les difficultés dues aux scories, particulièrement dans le cas où l'on brûle du charbon pulvérisé, la quantité de chaleur ab- sorbée par les parois de la chambre de combustion constitue une proportion tellement grande de la quantité totale nécessaire pour évaporer l'eau et surchauffer la vapeur qu'il ne doit s'effectuer qu'une faible évaporation dans une zone de transition disposée dans un parcours de gaz relativement froid.
Si la grandeur de la surface de chauffe vaporisante située dans le parcours de gaz est considérable, il est possible qu'une réduction de la charge ne ramène pas le point de transition dans les tubes qui garnissent la chambre de combustion, mais pour éviter que ceci ne se produise la gamme des variations de la charge doit être réduite d'une manière peu désirable.
Un autre but de l'invention est de limiter la température des, gaz à la sortie de la chambre de combustion, de manière à réduire ou éviter le dépôt des scories sur les surfaces de chauffe par convection, mais dans des conditions permettant d'augmenter le pourcentage des surfaces de chauffe par convection par rapport aux surfaces de chauffe par rayonnement.
Plus spécifiquement, un but de l'invention est de permettre d'é- lever les températures de l'eau d'alimentation à des- valeurs induement élevées et d'obtenir une gamme de charges étendues pour le groupe générateur de va- peur, tout en maintenant la zone de transition en un endroit où la températu- re des gaz est suffisamment réduite pour que les difficultés provenant de dépôts de caractère chimique et de la corrosion du métal des tubes dans la zone de transition soient réduites à un minimum.
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La présente invention concerne un groupe générateur et surchauf- feur de vapeur du type à circulation en série, comprenant une chambre pour= vue d'une partie vaporisante tubulaire fonctionnant par rayonnement et une 95
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partie tubulaire chauffant le liquide par convection, disposée dans le par- cours des gaz s'échappant de la chambre et comportant une zone de transi- tion pour assurer une vaporisation complète, des dispositifs étant utilisés pour régler la position de la zone de transition en réglant l'absorption de chaleur par la partie à rayonnement.
L'invention concerne aussi le mode de fonctionnement d'un groupe générateur et surchauffeur de vapeur à circulation en série comprenant une chambre de combustion pourvue d'une section tubulaire fonctionnant par rayon- nement pour produire de la vapeur et refroidir la chambre et une section tubulaire fonctionnant par convection pour chauffer le fluide, disposée dans le parcours des gaz qui s'échappent de la chambre et comportant une zone de transition dans laquelle la vaporisation s'achève l'installation compre- nant un dispositif permettant de régler les pourcentages d'absorption de chaleur de la partie refroidissante fonctionnant par rayonnement et de la partie fonctionnant par convection par rapport à la quantité totale de cha- leur disponible de manière à réagir.
contre la tendance de la zone de tran- sition à se déplacer dans la section à conveetion vers la section à rayonne- ment.
L'invention concerne encore le procédé applicable au fonctionne- ment d'un groupe générateur et surchauffeur de vapeur à circulation en série comportant une chambre de combustion pourvue d'une section tubulaire fonc- tionnant par rayonnement pour la production de vapeur et le refroidisse- ment de la chambre et une section tubulaire fonctionnant par convection pour le chauffage du fluide disposée dans le parcours des gaz qui s'échappent de la chambre et comprenant une zone de transition dans laquelle la vaporisa- tion complète s'achève, le procédé comportant un réglage du partage de la quantité totale de chaleur disponible entre la section à rayonnement et la section à convection, par une recirculation réglable dans la chambre de combustion des gaz provenant d'un point du parcours des gaz situé- au-delà de la sortie des gaz de la chambre,
de manière à maintenir ainsi la zone de transition à l'intérieur de la section à convection.
Suivant un mode d'exécution, des mesures sont prises pour remet- tre les gaz en circulation dans une région de la chambre de combustion, en amont- par rapport au sens de circulation des gaz - du brûleur associé à la chambre et des mesures sont également prises pour remettre les gaz en circu- lation d'une manière réglable dans une région de la chambre de combustion adjacente à la sortie des gaz de celle-ci, en vue de limiter ou d'empêcher le dépôt des scories sur les surfaces d'échange de chaleur par convection en modérant la température des gaz de combustion frais . De préférence, cette dernière région se trouve aussi près que possible de la sortie des . gaz de combustion et de l'entrée du parcours à convection, eu égard à la nécessité de mélanger les gaz avant qu'ils n'atteignent les surfaces d'échan- ge de chaleur par convection.
La remise en circulation dans les deux ré- gions peut être effectuée alternativement lorsque les conditions de fonction- nement varient ou simultanément.
L'invention sera décrite ci-après, à titre d'exemple, avec réfé- rence aux dessins annexés, dans lesquels :
Fig. 1 est une vue schématique d'un système de réglage pour le groupe générateur et surchauffeur de vapeur représenté;
Fig. 2 est un schéma représentant la circulation forcée du liquide dans les différents éléments qui composent le groupe générateur et surchauffeur de vapeur, et
Fig. 3 est une vue partiellement schématique montrant en coupe verticale longitudinale le groupe générateur et surchauffeur de vapeur de la Fig. l, à une plus grande échelle.
Les Figs. 1 et 3 des dessins montrent une chambre de combustion verticale 10 dont les surfaces limitatives comportent destubes de parois verticales montés entre des collecteurs d'entrée inférieurs et des collec- teurs de sortie supérieurs. La chambre de combustion constitue une zone de rayonnement pour chauffer le liquide vaporisable pompé dans les tubes
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de parois à une haute pression et les tubes de parois constituent une section à rayonnement du groupe générateur et surchauffeur de vapeur.
A l'arrière de la chambre de combustion se trouve une protubérance en forme d'arc dont la partie supérieure forme le fond 113 d'un passage de sortie des gaz renfermant un surchauffeur S et conduisant à un parcours de gaz 100. Les tubes 98 s'étendant le long de la paroi arrière de la chambre de combustion, qui constitue une paroi séparatrice entre la chambre de com- bustion et le parcours de gaz 100, comportent des parties inférieures 92 et 90 respectivement s'étendant le long de la paroi 94 de la trémie qui for- me le fond 96 de la chambre de combustion et de la. paroi sous-jacente d'une trémie inférieure 88.
Quelques uns des tubes 98 comportent des sections 102, garnies de matières réfractaires 104, pour séparer le parcours de gaz 100 de l'intérieur de la protubérance arquée 106, et des sections 120 faisant partie d'un écran tubulaire entre le passage de sortie des gaz et un tournant
122 au sommet du parcours de gaz 100 . Un certain nombre d'autres tubes 98 comprennent des sections 114 s'étendant le long de la paroi inférieure de la protubérance 106 et des sections verticales formant un écran tubulaire entre la chambre de combustion et le passage de sortie des gaz,
tandis que d'autres de ces tubes encore comprennent des sections 114 et 110 s'étendant respecti- vement le long des parois inférieure et supérieure dé la protubérance ou arc
106 et des sections verticales faisant partie de l'écran tubulaire entre le passage de sortie des gaz et le tournant des gaz 122. Les sections de tubes 114 et 110 respectivement sont garnies de matière réfractaire 116 et 112 et tous les tubes 98 comprennent des sections 126 s'étendant le long du toit
124 et garnies de matières réfractaires.
Le parcours de gaz 100 contient les faisceaux tubulaires 14 et
16 d'un économiseur E et les faisceaux tubulaires 60, 61,62 et 63 d'une sec- tion de transition T formant une fraction de la partie à convection du groupe générateur et surchauffeur de vapeur.
Si l'on se réfère aux Figs. 2 et 3, on voit que pendant le ser- vice, de l'eau est refoulée à une haute pression par une pompe 80 dans le collecteur d'entrée 12 de l'économiseur pour circuler dans les tubes recour- bés en serpentin et montés en série qui constituent les faisceaux 14 et 16 des tubes de l'économiseur. Ceux-ci sont reliés à un collecteur de sortie
18 d'où le liquide est envoyé par des raccordements ou connecteurs tels que
82 et 84 aux collecteurs d'entrée adjacents 86 et 22 à la partie inférieure de la paroi arrière de la trémie inférieure 88 de la chambre de combustion.
Le liquide vaporisable s'écoule des collecteurs inférieurs 86 et 22 par les tubes des parois de la chambre de combustion et dans les rac- cordements tubulaires tels que ceux indiqués en 24 et 26 venant des collec- teurs 28 et 30 disposés à la partie supérieure de la chambre de combustion et raccordés aux extrémités de sortie des tubes des parois de cette chambre.
Le liquide s'écoule par ces raccords 24 et 26 dans les éléments ou branches
32, 33 et 34 d'un collecteur inférieur en U 36 pour les parois du parcours de gaz, qui peut être considéré comme une zone de chauffage secondaire du liquide par convection. De la branche 34 de ce collecteur d'entrée des pa- rois du parcours de gaz, le liquide s'écoule par les tubes de parois 38 dans une branche superposée 40 d'un collecteur supérieur similaire en U 42 du parcours de gaz. D'une manière semblable, le liquide s'écoule de: la bran- che 32 du collecteur inférieur 36 par les tubes de parois inférieurs 44 dans une branche 46 du collecteur supérieur du parcours de gaz.
De la branche de paroi arrière 33 du collecteur inférieur 36, le liquide s'élève dans les tubes de parois 48 dont les parties supérieures ont des sections 50, for- mant le ciel, reliées directement à la branche 52 du collecteur supérieur
42 du parcours de gaz . Du collecteur 42 le liquide s'écoule par les con- duits 152, 153 et 154 dans le collecteur d'entrée 58 de la section de tran- sition T formée par les faisceaux superposés 60 à 63 de tubes recourbés en serpentin et montés en série, constituant le longs conduits continus reliés au collecteur de sortie 66.
L'achèvement de l'évaporation s'accomplit à l'intérieur de ces conduits et la vapeur y est surchauffée pour passer en- suite du collecteur 66 par le conduit 68 dans un modérateur de température
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70 et de là dans le collecteur d'entrée 72 du surchauffeur S qui comprend des faisceaux montés en série 74 de tubes coudés en serpentin,-dont les ex- trémités de sortie sont raccordées à un collecteur de sortie 78, d'où la vapeur fortement surchauffée et à haute pression passe au lieu d'utilisa- tion.
Si l'on examine plus en détail la partie fonctionnant par rayonnement du groupe générateur, on voit que les collecteurs inférieurs de la section chambre de combustion ou section à rayonnement R comprennent de petits collecteurs tels que 130, 131, 132 et 134-disposés à la droite du collecteur d'entrée 22 et de petits collecteurs tels que 135, 138,132 et 139 disposés à la gauche du collecteur d'entrée 86. Le dispositif des collecteurs au sommet de la section chambre de combustion comprend de petits collecteurs semblables, tels que les collecteurs 141."à 147, 28 et 30. Au lieu d'employer des collecteurs séparés, les collecteurs peuvent être cloi- sonnés pour former des sections de collecteurs correspondants.
Le liquide part du collecteur 22, poursuit son parcours dans le jeu de tubes de parois raccordés 23 de bas en haut jusqu'au collecteur
145 d'où il descend par une colonne descendante au moins 150 dans le prochain collecteur inférieur 130. De ce dernier, la circulation se fait de bas en haut par le jeu de tubes de parois raccordés 25 jusqu'au collecteur 146 et de là par les jeux successifs de tubes de parois et les colonnes descendan- tes jusqu'au collecteur supérieur 28, d'où le liquide se rend par les canali- sations 24 et 27 aux éléments ou branchements 32 et 33 du collecteur infé- rieur 36 du parcours de gaz 100.
Une circulation semblable s'établit depuis le collecteur 86 par le jeu de tubes de parois raccordés 29 de bas en haut jusqu'au collecteur 144 et de ce dernier par une colonne descendante 150 au moins, jusqu'au col- lecteur inférieur suivant 136, la circulation se poursuivant de cette manière autour des parois de la section chambre de combustion jusqu'au collecteur supérieur 30. De ce dernier le liquide se rend par un conduit de raccordement 26 à l'élément ou la branche 34 du collecteur inférieur 36 du parcours de gaz 100.
Si l'on se réfère encore à la Fig. 2, on remarquera que la des- cription qui s'y rapporte indique que l'entrée du liquide se fait dans deux collecteurs adjacents 22 et 86 de la partie médiane de la paroi de droite ou paroi arrière de la chambre de combustion de la Fig. 3. Les collecteurs successifs tels que 145, 130, 146, 131, 147, 132, 134 et 28 représentent d'abord les collecteurs supérieurs et inférieurs d'une moitié de la paroi arrière de la chambre de combustion, ensuite les collecteurs correspondants d'une paroi latérale et finalement les collecteurs supérieurs et inférieurs d'une moitié de la paroi avant de la chambre de combustion.
D'une manière semblable, les collecteurs successifs tels que 144, 136, 143, 138, 14é, 132, 141, 139 et 30 représentent d'abord le restant des sections de collecteurs de la paroi arrière, ensuite les sections de collecteurs de l'autre paroi latérale, et enfin'les sections de collecteurs correspondantes du restant de la paroi avant de la chambre de combustion. En d'autres termes, les parties constitutives de la Fig. 2 représentent les parois de la chambre de combustion développées dans un plan unique qui peut être considéré comme le plan de la paroi arrière de la chambre de combustion.
L'invention se rapporte aussi au maintien de la zone de transi- tion entre un mélange de liquide et de vapeur et l'état de complète vaporisa- tion, en un certain emplacement le long des tubes s'étendant du collecteur d'entée 58 au collecteur de sortie 66 de la section de transition, et un point de réglage de la température, tel que T', du coté vapeur surchauffée de la zone de transition, est choisi de telle manière qu'il se trouve à une distance minimum au-delà du collecteur d'entrée 58 pour que, quelles que soient les variations de la charge (et les variations des facteurs con- nexes), la zone de transition soit toujours au-delà de ce collecteur.
Pour maintenir la zone de transition dans les limites mentionnées la remise en circulation des gaz de carneaux est effectuée en quantités ré-
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gl es soit dans le goulet 170 de la trémie (par une série de lumières répar- ties le long du goulet) soit par une série d'ouvertures dans la paroi, telles que 172, communiquant avec un conduit transversal 178, soit à la fois dans le goulet de la trémie et dans les ouvertures 172.
Le gaz de carneau est extrait du tournant des gaz 180 à la base du parcours de gaz 100 par un conduit vertical 182, le gaz étant refoulé par un ventilateur 186 dans une boite de jonction 188. De cette dernière le gaz peut s'écouler par une rallonge de conduit 190 dans laquelle est monté un papillon régulateur 192 ou par un conduit vertical 194 dans lequel est monté un papillon régulateur 196 et ensuite par un conduit transversal 178 et des lumières 172.
Gomme c'est représenté sur la Fig. l, pour effectuer un réglage automatique un dispositif régulateur P agissant sous l'action de la pression est raccordé à la canalisation de vapeur surchauffée 200 partant du collec- teur de sortie 78 du surchauffeur à haute température. De ce dispositif régulateur tel qu'un tube Bourdon, des impulsions de pression sont transmises par une valve témoin pneumatique 203, dont une forme d'exécution appropriée est décrite et représentée dans le brevet anglais n 425.507, une canalisa- tion de charge 202, un relais à moyennes 210, tel que celui désigné par le chiffre de référence 75 sur la Fig. 2 des dessins du brevet anglais n 461.
389, une ligne 209 et un controller 211 d'un moteur électrique actionnant la pompe 80 pour refouler de l'eau dans le collecteur d'entrée 12 de l'éco- nomiseur. Le débit d'eau de cette pompe est également réglable en fonction des variations de la charge sur le groupe générateur et surchauffeur de va- peur, par des impulsions correspondant au rapport du courant de vapeur au courant d'eau, transmises par la valve témoin 205 et la ligne 206, d'un ré- gulateur du débit de vapeur ou dispositif à orifice F pourvu de liaisons tubulaires, allant de part et d'autre de l'orifice 208 ménagé dans la ca- nalisation de vapeur 200, et mesurant le débit de vapeur,
les impulsions provenant du régulateur du débit de vapeur F étant modifiées par les impul- sions provenant du régulateur du débit d'eau W raccordé par les lignes 213 et 215 aboutissant de part et d'autre de l'orifice 217 ménagé dans le tuyau relié à la pompe 80. Les régulateurs F et W sont indiqués comme étant re- liés entre eux en 221 pour ces impulsions combinées. Les régulateurs F et W de même que le régulateur 252 du débit du gaz remis en circulation, dont question ci-après, peuvent être du type décrit dans le brevet américain n 1.064.748.
La Fig. 1 du brevet américain n . 1.962.676 montre aussi comment ce débitmètre de vapeur et ce débitmètre d'eau peuvent être inter- connectés par un jeu de bielles pour amener une valve témoin, telle que la valve témoin 205, dans une position en concordance avec les rapports entre les deux débits de fluide. En outre, la Fig. 4 du brevet américain 2.526.843 montre une autre manière d'établir une relation entre le débit de vapeur. et le débit d'eau dans le cas où chacun des deux compteurs donne une' pres- sion de charge du fluide et alors les deux pressions de charge pénètrent dans une gauge différentielle, déterminant une pression résultante du flui- de dans une ligne conduisant à un relais donnant les moyennes.
La ligne de charge 206 rejoint la ligne de pression 202 au relais des moyennes 210, au moyen duquel les impulsions de pression et les impulsions du rapport du débit de vapeur au débit d'eau combinées sont transmises au controller 211 du moteur de pompe à vitesse variable pour régler le fonctionnement de la pompe à eau 80.
Le controller de moteur 211 peut comporter un servo-moteur tel que celui désigné par le chiffre de référence 40 dans le brevet américain n 2.298.257, actionnant l'organe mobile d'un commutateur et rhéostat combi- né. Le relais 210 est susceptible d'être ajusté de telle manière que chacune des impulsions de pression ou de charge peut avoir un effet'prédominant sur la pression du fluide dans la ligne 209, et, par conséquent, sur le fonc- tionnement de la pompe 80.
Le régulateur du débit de vapeur, ou le dispositif à orifice F mesure le débit de vapeur, ou la charge de la chaudière, et, associé à une ou plusieurs valves témoins, telles que 201, provoque des variations de près-
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sion dans les canalisations de charge 212,216 et 226.
Le ventilateur 184 est actionné à une vitesse constante et les papillons 192 et 196 sont actionnés de manière à provoquer, à une faible charge, un débit maximum de gaz de carneaux en recirculation, dans le goulet de la trémie par le conduit 190 et un débit minimum dans le conduit vertical
194 et les lumières 172, tandis qu'à une charge élevée les conditions inver- ses ont lieu. Les papillons sont commandés automatiquement pour obtenir ce résultat.
Cette commande automatique comprend un élément thermostatique K agissant en fonction des températures des gaz à la sortie de la chambre de combustion ou à l'entrée des gaz du surchauffeur à haute température, les indications de températures de cet élément étant transmises par la ligne
191 au régulateur de la température des gaz 193 et transmises ensuite, comme variations de la pression de charge ou des impulsions, d'une valve témoin 197, par une ligne 212' au relais totalisateur 195, puis par une valve sélectrice 199 et une ligne 207 à un dispositif de commande à valve
214 pour le papillon 196. Les impulsions dépendant de la température sont modifiées par le débit de vapeur au moyen des variations des pression de la charge ou des impulsions transmises par le régulateur F, de la valve témoin
201 par la ligne 212 et la ligne 216 au relais 195.
Les effets relatifs des impulsions de température du gaz et les impulsions du débit de vapeur peuvent être réglées opportunément de telle sorte que l'une ou l'autre des impulsions peuvent avoir un effet prédominant pour la commande du papillon
196 et le réglage du débit de gaz par l'intermédiaire des lumières supérieu- res 172.
Le débit du gaz de carneau en recirculation, par le conduit 190 dans le goulet de la trémie 170 est réglé par l'intermédiaire du régulateur de température de la vapeur T" agissant en fonction de la température de surchauffe au point de contrôle de la température T' au delà de la zone de transition dans l'un des tubes au moins de la section de transition. Du ré- gulateur T" et de sa valve témoin 219,les indications de température sont transmises comme variations de pression de charge ou impulsions correspon- dantes par la ligne 220, le relais totaliseur 321, la ligne 223, la valve sélectrice 225, et la ligne 227 au dispositif de commande 222 (semblable au dispositif de commande 214) du papillon 192.
Ces impulsions, provenant du régulateur de température de la vapeur intermédiaire T" sont modifiées d'une façon réglable, par un relais de moyennes ou de totalisation 321 à cham- bre multiple (similaire au relais 210), dont l'une des chambres à liquide est raccordée par la canalisation 226 à la valve témoin 201 du régulateur de débit de vapeur F. Le relais 321 reçoit aussi des impulsions modifian- tes représentant les changements de débit des gaz remis en circulation par le conduit 182. Dans ce but, le régulateur du débit 252 des gaz remis en circulation est raccordé par les lignes 254 et 256 en des points situés de part et d'autre d'un orifice 258 du conduit 182.
Les variations du débit des gaz dans le conduit sont mesurées par le régulateur 252 et transmises en variations de la pression de charge ou impulsions correspondantes par la val- ve témoin associée 260 et ses connexions conjuguées. Ces impulsions sont alors transmises au relais 321 par la ligne 262.
Le réglage du fonctionnement des brûleurs 230 de la chambre de combustion est effectué par les impulsions de réglage transmises au régula- teur de combustible et d'air ou à la commande 240 du papillon ou registre de l'air primaire, cette commande pouvant comporter au moins un servo-mo- teur du genre décrit dans le brevet américain n 2.536.184, les impulsions de réglage étant obtenues sélectivement en ordre proportionnel du régulateur de température de vapeur final T3 raccordé au thermostat 241 monté dans la canalisation de vapeur 200, et du régulateur du débit de vapeur, ou appareil de mesure de la charge F.
La Fig. 1 du brevet américain n 2.155 .986 montre un régulateur de la température de la vapeur dans lequel une valve témoin règle les variations de pression de la charge ou impulsions correspondant à la température de la vapeur.
.Le régulateur de température de la vapeur final T3, raccordé au thermostat 241 par la ligne 270,règle la température finale de la vapeur dans
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1 canalisation 200, et transmet par l'intermédiaire de la valve témoin associée 272 les variations de pression de la charge correspondantes dans la ligne 274 au relais "Standatrol 276". Les impulsions venant de la ligne 274 sont modifiées d'une manière réglable par le relais 276 et sont transmi- ses de celui-ci par la ligne 278 à l'une des chambres opérantes du relais totaliseur 280.
Le relais 280 reçoit aussi les impulsions de charge du régula- teur du débit de vapeur F, par la ligne 216. Ainsi, les impulsions trans- mises du relais 280 à la valve de sélecteur 284 par la ligne 282 sont les résultats de l'effet combiné des impulsions parcourant les lignes 278 et 216 pour pénétrer dans le relais 280.
L'emplacement de la zone de transition dépend de la quantité de chaleur absorbée dans les tubes vaporisants des parois de la chambre de combustion et la présente invention a pour effet de faire, varier d'une maniè- re réglable le degré d'absorption de cette chaleur.
Dans un groupe non contrôlé, l'absorption de chaleur proportion- nelle par les tubes de parois de la chambre de combustion varie en fonction de la charge et tend à augmenter lorsque la charge tombe. Ceci donnerait lieu à une tendance de la zone de transition à se déplacer dans la chambre de combustion. L'amplitude du mouvement de la zone de transition est rédui- te au minimum par la remise en circulation réglée des gaz de carneaux dans la chambre de combustion pour régler l'absorption de chaleur par les tubes de paroi de cette chambre.
En général, le volume de gaz remis en circulation augmente lors- que la charge de la chaudière diminue, afin de maintenir la zone de transi- tion dans les limites désirées. Le système de réglage représenté est effi- cace pour faire varier la quantité de gaz de carneaux introduite dans la chambre de combustion et la position du point de cette introduction dans cette dernière , en fonction de variables qui comprennent la température du liquide au point Tl de réglage de la température.
Le système de réglage est efficace pour obtenir les résultats désirés, par une introduction maximum de gaz en recirculation (par exemple 27% des gaz de carneaux se rendant dans la cheminée), à faible charge,par le conduit 190 dans le goulet 170 de la trémie,le débit de gaz de carneaux remis en circulation dans cette position étant réduit à zéro lorsque la char- ge augmente jusqu'à un maximum. Inversement, le maximum de gaz de carneaux remis en circulation a lieu par les lumières supérieures 172 en cas de plei- ne charge et est réduit aux environs de zéro à faible charge.
Lorsque le groupe fonctionne de manière à produire le maximum de vapeur, le gaz remis en circulation est introduit dans les lumières supé- rieures 172, ajoutant ainsi un poids de gaz aux produits frais de la combus- tion, mais diluant ceux-ci de telle sorte que la température du mélange quit- tant la chambre de combustion est inférieure à un maximum prédéterminé.
Cette introduction de gaz remis en circulation à la partie supé- rieure de la chambre de combustion ne produit pas une réduction notable de l'absorption de chaleur par rayonnement par les parois de la chambre, mais elle augmente d'autre part le poids du gaz circulation sur les surfaces de convection.
Lorsque la demande de vapeur diminue,le réglage provoque une réduction du refoulement d'eau d'alimentation de la pompe 80 et une réduc- tion de l'entrée de combustible et d'air comburant. La réduction du déga- gement de chaleur dans la chambre de combustion donne lieu à une chute de la température à la sortie de celle-ci, ce qui permet une réduction de l'ad- dition, par les lumières 172, des gaz remis en circulation.
Gomme l'absorption de chaleur par rayonnement dans les parois de la chambre de combustion ne diminue que légèrement lorsque la consommation de chaleur diminue et non proportionnellement à la réduction du débit d'eau,¯ la position du point à l'intérieur des tubes où le liquide est complètement évaporé dans la section de transition T descend vers le collecteur d'entrée
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56. Ceci donne lieu à une élévation du léger degré de surchauffe de la vapeur déterminée par le régulateur de température T".
Lorsque la température déterminée par le régulateur T" s'élè- ve, le régulateur agit par l'intermédiaire du relais 321, conjointement avec le régulateur F, qui détermine la réduction de la production de va- peur, pour effectuer un ajustement du papillon 192 de manière à régler l'introduction de gaz remis en circulation dans le goulot.de la chambre de combustion.
Cette augmentation de gaz en recirculation dans le fond de la chambre de combustion réduit l'absorption de chaleur par rayonnement par les parois de la chambre, de telle sorte qu'un poids de gaz plus élevé ayant une teneur totale en chaleur plus grande est envoyé de la chambre de combustion dans le surchauffeur par convection et la section de tran- sition. Cette augmentation de poids de gaz est particulièrement efficace pour augmenter la proportion de chaleur absorbée par les surfaces de chauffe par convection, de telle sorte que l'emplacement de la zone de transition ne se déplace pas dans une forte mesure, et n'arrive surtout pas dans les tubes des parois de la chambre de combustion, le degré de surchauffe final désiré étant en même temps approximativement maintenu.
Les commandes qui règlent la consommation de combustible tendent à corri- ger les écarts par rapport à la tempéràture voulue de la surchauffe.
La remise en circulation des gaz de carneaux s'effectue d'une manière réglable ce qui permet une gamme de charges très étendue sur le groupe générateur, tout en maintenant la zone de transition dans une sec- tion du générateur de vapeur située en aval- par rapport au sens de circu- lation des gaz - du surchauffeur à haute température et soumise à des gaz relativement froids, et en permettant d'appliquer favorablement les températures de l'eau d'alimentation utilisées dans les installations de production de force modernes par suite de la réduction de la quantité totale de chaleur absorbée par la surface des parois vaporisantes de la chambre de combustion.
Les faibles températures de l'eau d'alimentation ne s'accomodent pas aux cycles thermiques des turbines à régénération modernes dont les rendements thermiques élevés sont obtenus par suite du réchauffage progressif à récupération de l'eau d'alimentation à des tem- pératures relativement élevées.
Les gaz remis en circulation, qui sont introduits pour éviter les températures auxquelles se font les dépôts de scories, sont amenés à un niveau intermédiaire de la hauteur de la chambre de combustion. Leur in- troduction altère l'absorption de chaleur par les tubes de parois de la chambre de combustion depuis cette position jusqu'à la sortie de la cham- bre de combustion, de telle sorte que la chaleur totale absorbée par les tubes de parois de cette chambre est réduite et que cette réduction tend à faire glisser la position de transition dans un sens qui l'écarte du collecteur d'entrée 58. L'emplacement des lumières 172 en un point inter- médiaire est une mesure qui constitue un 'compromis pour assurer le mélange des gaz en recirculation et des produits de la combustion avant qu'ils n'atteignent la surface du surchauffeur.
Une position optimum pour l'in- troduction de ces gaz en recirculation serait directement à la sortie des gaz de combustion si leur mélange uniforme avec les produits de la combus- tion venant directement des brûleurs pouvait encore être effectué.
L'invention augmente le rendement thermique total du type le plus approprié de groupe générateur et surchauffeur de vapeur et le rend particulièrement applicable au fonctionnement à des pressions variant de 2000 à 5000 livres par pouce carré (140 à 350 K/cm2).
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, PROCESS .AND 'DEVICES FOR' PRODUCING AND OVERHEATING THE .VAPOR.
This invention relates to a process for producing and superheating steam and a steam generator and superheater unit for carrying out this process.
More specifically, the invention relates to improvements to steam generator and superheater units of the series circulation type where the liquid is discharged under pressure into one end of at least one externally heated tubular passage and is therefrom. discharged at the outlet end or ends in the state of superheated steam, and in a mode of operation of such a group.
In a series circulating steam generator and superheater unit, the liquid is introduced at one end of the tube or each tube and the heat is applied along the tube so that superheated steam is discharged at the end of the tube. at the other end, the final and complete vaporization of the liquid taking place at a certain localized point. This is where the initial 100% vapor drying takes place and is generally referred to as the conversion or transition point.
Upstream of this point, that is to say between the point of introduction of the liquid and the point of transition, the liquid is gradually heated up to the saturation temperature and is then gradually vaporized to transition point. From this last point to the point of exit or discharge of the steam, if the tubular system is subjected to heating gases of sufficient temperature, there is an increase in the amount of heat contained in the steam, with an increase temperature or degree of overheating.
When such a generator set operates at a variable rate of introduction of feed liquid, that is, if the feed rate is raised or lowered by correspondingly changing the con - summation of heat in order to obtain a suitable thermal efficiency, the location of the point of conversion or transition moves, particularly
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roar in installations where part of the vaporization is provided by the wall tubes of the combustion chambers. The transition point moves towards the end of the feed inlet, of the tubular system giving rise to a reduction in the feed flow and towards the end corresponding to the outlet of the superheater giving results in an increase in the feed rate.
The region of the transition point and the length of the tubular system or the area in which this region moves with varying loads are subject to receiving chemical salt deposits as a result of evaporation to dryness and deposition of salts tend to reduce heat trans- mission to such an extent that when the transition point and zone are in a region of high temperature, for example, in the combustion chamber the tubular system is prone to overheating and overheating. be taken out of service.
It has been proposed to remove the transition zone from the high temperature region where heat absorption takes place, by placing it in the convection path, so that even: if an internal accumulation occurs of salts, the heat transfer is so low that overheating does not occur. The salts are then removed by washing or otherwise.
The defect of such an arrangement is that the transition point is not fixed inside the tube but moves a considerable length of the tubular system as the load varies, thus causing a significant length to occur. of the tubular system which must be cleaned frequently and receive better protection against deterioration due to overheating and corrosion by the use of suitable special steels.
An object of the invention is to reduce the displacement of the transition point, thereby lowering the cost of the installation as a result of the reduction in the amounts of extremely expensive special metals which would otherwise be required.
In the event that use is made of a combustion chamber with cooled walls in a forced circulation steam generator and superheater unit, high pressure and high superheating temperature, of the continuous circuit type, and where the volume of the combustion chamber is established so that the gases leaving it have a sufficiently low temperature to avoid the difficulties due to slag, particularly in the case of burning pulverized coal, the amount of heat absorbed by the walls of the combustion chamber constitutes such a large proportion of the total quantity necessary to evaporate the water and superheat the vapor that only a slight evaporation has to take place in a transition zone arranged in a relatively cold gas path.
If the size of the vaporizing heating surface located in the gas path is considerable, it is possible that a reduction in the load does not bring back the transition point in the tubes which line the combustion chamber, but to avoid this the range of load variations should be reduced in an undesirable manner.
Another object of the invention is to limit the temperature of the gases at the outlet of the combustion chamber, so as to reduce or avoid the deposition of slag on the heating surfaces by convection, but under conditions allowing an increase. the percentage of areas heated by convection in relation to areas heated by radiation.
More specifically, an object of the invention is to make it possible to raise the temperatures of the feed water to unduly high values and to obtain an extended range of loads for the steam generator group, while maintaining the transition zone at a location where the temperature of the gases is sufficiently reduced that the difficulties arising from chemical deposits and corrosion of the metal of the tubes in the transition zone are minimized.
,
The present invention relates to a series circulation type steam generator and superheater, comprising a chamber for viewing a tubular vaporizing part operating by radiation and a chamber.
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tubular part heating the liquid by convection, disposed in the path of the gases escaping from the chamber and having a transition zone to ensure complete vaporization, devices being used to adjust the position of the transition zone in regulating the heat absorption by the radiation part.
The invention also relates to the mode of operation of a series circulating steam generator and superheater unit comprising a combustion chamber provided with a tubular section operating by radiation to generate steam and cool the chamber and a section. tubular unit operating by convection to heat the fluid, arranged in the path of the gases which escape from the chamber and comprising a transition zone in which the vaporization ends, the installation comprising a device making it possible to adjust the percentages of absorption of heat from the radiant cooling part and the convective part from the total amount of heat available to react.
against the tendency of the transition zone to move in the convection section towards the radiating section.
The invention also relates to the method applicable to the operation of a steam generator and superheater unit with circulation in series comprising a combustion chamber provided with a tubular section operating by radiation for the production of steam and for cooling it. of the chamber and a tubular section operated by convection for heating the fluid disposed in the path of the gases escaping from the chamber and comprising a transition zone in which the complete vaporization is completed, the process comprising a adjustment of the sharing of the total quantity of heat available between the radiating section and the convection section, by an adjustable recirculation in the combustion chamber of the gases coming from a point in the gas path situated beyond the outlet of the gases chamber gas,
so as to thereby maintain the transition zone within the convection section.
According to one embodiment, measures are taken to put the gases back into circulation in a region of the combustion chamber, upstream - with respect to the direction of flow of the gases - of the burner associated with the chamber and measures are taken. also taken to recirculate the gases in an adjustable manner in a region of the combustion chamber adjacent to the gas outlet therefrom, in order to limit or prevent the deposition of slag on the surfaces of the combustion chamber. heat exchange by convection by moderating the temperature of the fresh combustion gases. Preferably, the latter region is located as close as possible to the exit of. combustion gases and the inlet of the convection path, in view of the need to mix the gases before they reach the heat exchange surfaces by convection.
Recirculation in the two regions may be carried out alternately when operating conditions vary or simultaneously.
The invention will be described below, by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 is a schematic view of a control system for the steam generator and superheater group shown;
Fig. 2 is a diagram showing the forced circulation of the liquid in the various elements that make up the steam generator and superheater group, and
Fig. 3 is a partially schematic view showing in longitudinal vertical section the steam generator and superheater group of FIG. l, on a larger scale.
Figs. 1 and 3 of the drawings show a vertical combustion chamber 10 the bounding surfaces of which have vertical wall tubes mounted between lower inlet manifolds and upper outlet manifolds. The combustion chamber forms a radiation zone for heating the vaporizable liquid pumped through the tubes
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high pressure wall tubes and the wall tubes constitute a radiation section of the steam generator and superheater unit.
At the rear of the combustion chamber there is an arc-shaped protuberance, the upper part of which forms the bottom 113 of a gas outlet passage containing a superheater S and leading to a gas path 100. The tubes 98 extending along the rear wall of the combustion chamber, which constitutes a dividing wall between the combustion chamber and the gas path 100, have lower parts 92 and 90 respectively extending along the wall 94 of the hopper which forms the bottom 96 of the combustion chamber and of the. underlying wall of a lower hopper 88.
Some of the tubes 98 have sections 102, lined with refractory material 104, to separate the gas path 100 from the interior of the arched protrusion 106, and sections 120 forming part of a tubular screen between the outlet passage of the tubes. gas and a turn
122 at the top of the 100 gas course. A number of other tubes 98 include sections 114 extending along the bottom wall of protrusion 106 and vertical sections forming a tubular screen between the combustion chamber and the gas outlet passage,
while still others of these tubes include sections 114 and 110 extending respectively along the lower and upper walls of the protrusion or arch.
106 and vertical sections forming part of the tubular screen between the gas outlet passage and the gas swivel 122. The tube sections 114 and 110 respectively are lined with refractory 116 and 112 and all of the tubes 98 include sections 126 extending along the roof
124 and lined with refractory materials.
The gas path 100 contains the tube bundles 14 and
16 of an economizer E and the tube bundles 60, 61, 62 and 63 of a transition section T forming a fraction of the convection part of the steam generator and superheater group.
Referring to Figs. 2 and 3, it can be seen that during the service, water is delivered at high pressure by a pump 80 into the inlet manifold 12 of the economizer to circulate in the tubes curved into a coil and mounted. in series which constitute the bundles 14 and 16 of the economizer tubes. These are connected to an output manifold
18 from where the liquid is sent through connections or connectors such as
82 and 84 to the adjacent inlet manifolds 86 and 22 at the bottom of the rear wall of the lower hopper 88 of the combustion chamber.
The vaporizable liquid flows from the lower manifolds 86 and 22 through the tubes of the walls of the combustion chamber and into the tubular connections such as those indicated at 24 and 26 coming from the manifolds 28 and 30 arranged at the upper part. of the combustion chamber and connected to the outlet ends of the tubes of the walls of this chamber.
The liquid flows through these fittings 24 and 26 in the elements or branches
32, 33 and 34 of a lower U-shaped manifold 36 for the walls of the gas path, which can be considered as a secondary heating zone of the liquid by convection. From branch 34 of this gas path wall inlet manifold, liquid flows through wall tubes 38 into a superimposed branch 40 of a similar U-shaped upper manifold 42 of the gas path. In a similar fashion, the liquid flows from: branch 32 of lower manifold 36 through lower wall tubes 44 into branch 46 of the upper manifold of the gas path.
From the rear wall branch 33 of the lower manifold 36, the liquid rises into the wall tubes 48, the upper parts of which have sections 50, forming the sky, connected directly to the branch 52 of the upper manifold.
42 of the gas path. From the manifold 42 the liquid flows through the conduits 152, 153 and 154 into the inlet manifold 58 of the transition section T formed by the superimposed bundles 60 to 63 of tubes bent into a serpentine and connected in series. , constituting the long continuous conduits connected to the outlet manifold 66.
The completion of the evaporation takes place inside these conduits and the vapor is superheated there to pass then from the manifold 66 through the conduit 68 into a temperature moderator.
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70 and thence into the inlet manifold 72 of the superheater S which comprises bundles mounted in series 74 of serpentine bent tubes, the outlet ends of which are connected to an outlet manifold 78, from which the steam heavily superheated and high pressure passes to the place of use.
If we examine in more detail the radiant part of the generator group, we see that the lower collectors of the combustion chamber section or R radiation section include small collectors such as 130, 131, 132 and 134-arranged at to the right of the inlet manifold 22 and small manifolds such as 135, 138, 132 and 139 disposed to the left of the inlet manifold 86. The manifold arrangement at the top of the combustion chamber section includes similar small manifolds, such as collectors 141. "to 147, 28 and 30. Instead of employing separate collectors, the collectors can be partitioned to form sections of corresponding collectors.
The liquid leaves the collector 22, continues its path in the set of connected wall tubes 23 from bottom to top to the collector
145 from where it descends by a descending column at least 150 into the next lower collector 130. From the latter, the circulation is done from bottom to top through the set of connected wall tubes 25 to the collector 146 and from there through the successive sets of wall tubes and the descending columns as far as the upper manifold 28, from where the liquid passes through the pipes 24 and 27 to the elements or connections 32 and 33 of the lower manifold 36 of the path of gas 100.
A similar circulation is established from the collector 86 by the set of connected wall tubes 29 from bottom to top to the collector 144 and from the latter by a descending column at least 150, to the next lower collector 136, the circulation continuing in this manner around the walls of the combustion chamber section to the upper manifold 30. From the latter the liquid flows through a connection duct 26 to the element or branch 34 of the lower manifold 36 of the path of gas 100.
Referring again to FIG. 2, it will be noted that the description relating thereto indicates that the entry of the liquid takes place in two adjacent manifolds 22 and 86 of the middle part of the right wall or rear wall of the combustion chamber of FIG. . 3. The successive manifolds such as 145, 130, 146, 131, 147, 132, 134 and 28 first represent the upper and lower manifolds of one half of the rear wall of the combustion chamber, then the corresponding manifolds of 'a side wall and finally the upper and lower manifolds of one half of the front wall of the combustion chamber.
In a similar fashion, successive manifolds such as 144, 136, 143, 138, 14e, 132, 141, 139 and 30 represent first the remainder of the manifold sections of the rear wall, then the manifold sections of the rear wall. 'other side wall, and finally' the corresponding manifold sections of the remainder of the front wall of the combustion chamber. In other words, the constituent parts of FIG. 2 show the walls of the combustion chamber developed in a single plane which can be considered as the plane of the rear wall of the combustion chamber.
The invention also relates to maintaining the zone of transition between a mixture of liquid and vapor and the state of complete vaporization, at a certain location along the tubes extending from the inlet manifold 58. at the outlet manifold 66 of the transition section, and a temperature set point, such as T ', on the superheated steam side of the transition zone, is chosen such that it is at a minimum distance from the beyond the input collector 58 so that, whatever the variations of the load (and the variations of the related factors), the transition zone is always beyond this collector.
To keep the transition zone within the limits mentioned, the recirculation of the flue gases is carried out in reduced quantities.
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gl es either in the neck 170 of the hopper (by a series of openings distributed along the neck) or by a series of openings in the wall, such as 172, communicating with a transverse duct 178, or both in the hopper neck and in the openings 172.
The flue gas is extracted from the gas turn 180 at the base of the gas path 100 through a vertical duct 182, the gas being discharged by a fan 186 into a junction box 188. From the latter the gas can flow through a duct extension 190 in which is mounted a regulating butterfly 192 or by a vertical conduit 194 in which is mounted a regulating butterfly 196 and then through a transverse conduit 178 and ports 172.
As shown in FIG. 1, in order to carry out an automatic adjustment, a regulator device P acting under the action of pressure is connected to the superheated steam line 200 starting from the outlet manifold 78 of the high temperature superheater. From this regulating device such as a Bourdon tube, pressure pulses are transmitted by a pneumatic control valve 203, a suitable embodiment of which is described and shown in British Patent No. 425,507, a charge line 202, an averaging relay 210, such as that designated by the reference numeral 75 in FIG. 2 of the drawings of British Patent No. 461.
389, a line 209 and a controller 211 of an electric motor operating the pump 80 to deliver water to the inlet manifold 12 of the economizer. The water flow rate of this pump is also adjustable according to the variations in the load on the steam generator and superheater group, by pulses corresponding to the ratio of the steam flow to the water flow, transmitted by the pilot valve. 205 and line 206, of a regulator of the steam flow or device with orifice F provided with tubular connections, going on either side of the orifice 208 formed in the steam duct 200, and measuring the steam flow,
the pulses coming from the steam flow regulator F being modified by the pulses coming from the water flow regulator W connected by lines 213 and 215 terminating on either side of the orifice 217 made in the connected pipe to pump 80. Regulators F and W are indicated as interconnected at 221 for these combined pulses. Regulators F and W as well as recirculating gas flow regulator 252, discussed below, may be of the type described in U.S. Patent No. 1,064,748.
Fig. 1 of US patent no. 1.962.676 also shows how this steam flowmeter and this water flowmeter can be interconnected by a set of connecting rods to bring a pilot valve, such as pilot valve 205, into a position in accordance with the ratios between the two fluid flow rates. In addition, FIG. 4 of US Pat. No. 2,526,843 shows another way to relate the steam flow rate. and the water flow rate in the event that each of the two meters gives a charge pressure of the fluid and then the two charge pressures enter a differential gauge, determining a resultant pressure of the fluid in a line leading to a relay giving the averages.
The load line 206 joins the pressure line 202 to the averages relay 210, by means of which the pressure pulses and the pulses of the combined steam flow to water flow ratio are transmitted to the controller 211 of the speed pump motor. variable to regulate the operation of the water pump 80.
The motor controller 211 may include a servo motor such as that designated by reference numeral 40 in US Patent No. 2,298,257, operating the movable member of a combined switch and rheostat. Relay 210 is capable of being adjusted so that each of the pressure or load pulses can have a predominant effect on the pressure of the fluid in line 209, and therefore on the operation of the pump. 80.
The steam flow regulator, or the F-port device measures the steam flow, or the load of the boiler, and, in combination with one or more pilot valves, such as 201, causes variations in close-
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sion in the charging lines 212, 216 and 226.
The blower 184 is operated at a constant speed and the butterflies 192 and 196 are operated so as to cause, at a low load, a maximum flow of recirculating flue gas, into the hopper neck through duct 190 and a flow rate minimum in the vertical duct
194 and lights 172, while at high load the reverse conditions take place. Butterflies are controlled automatically to achieve this result.
This automatic control comprises a thermostatic element K acting as a function of the temperatures of the gases at the outlet of the combustion chamber or at the inlet of the gases from the high temperature superheater, the temperature indications of this element being transmitted by the line.
191 to the gas temperature regulator 193 and then transmitted, as variations of the charge pressure or of the pulses, from a control valve 197, by a line 212 'to the totalizer relay 195, then by a selector valve 199 and a line 207 to a valve control device
214 for the throttle 196. The pulses depending on the temperature are modified by the flow of steam by means of the variations in the pressure of the load or the pulses transmitted by the regulator F, of the control valve
201 by line 212 and line 216 to relay 195.
The relative effects of the gas temperature pulses and the steam flow pulses can be suitably adjusted so that either of the pulses can have a predominant effect for the throttle control.
196 and adjustment of the gas flow through the upper ports 172.
The flow rate of the recirculating flue gas, through line 190 into the neck of hopper 170 is regulated by means of the vapor temperature regulator T "acting according to the superheat temperature at the temperature control point. T 'beyond the transition zone in at least one of the tubes of the transition section. From the regulator T "and its control valve 219, the temperature indications are transmitted as load pressure variations or pulses. corresponding by line 220, totalizer relay 321, line 223, selector valve 225, and line 227 to controller 222 (similar to controller 214) of throttle valve 192.
These pulses, coming from the temperature regulator of the intermediate steam T "are modified in an adjustable way, by an averaging or totalizing relay 321 with multiple chamber (similar to relay 210), one of which is liquid is connected by line 226 to the control valve 201 of the vapor flow regulator F. The relay 321 also receives modifying pulses representing the changes in the flow of gases recirculated by the line 182. For this purpose, the flow regulator 252 of the recirculated gases is connected by lines 254 and 256 at points located on either side of an orifice 258 of duct 182.
Changes in gas flow through the conduit are measured by regulator 252 and transmitted in corresponding charge pressure changes or pulses by associated pilot valve 260 and its mating connections. These pulses are then transmitted to relay 321 via line 262.
The operation of the burners 230 of the combustion chamber is adjusted by the adjustment pulses transmitted to the fuel and air regulator or to the control 240 of the butterfly valve or primary air damper, this control possibly comprising at minus a servomotor of the kind described in US Pat. No. 2,536,184, the setting pulses being obtained selectively in proportional order from the final steam temperature regulator T3 connected to the thermostat 241 mounted in the steam line 200, and the steam flow regulator, or load meter F.
Fig. 1 of US Pat. No. 2,155,986 shows a vapor temperature regulator in which a control valve regulates charge pressure variations or pulses corresponding to the vapor temperature.
The final steam temperature regulator T3, connected to thermostat 241 via line 270, regulates the final steam temperature in
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1 line 200, and transmits through the associated indicator valve 272 the corresponding load pressure variations in line 274 to the "Standatrol 276" relay. The pulses from line 274 are adjusted in an adjustable manner by relay 276 and are transmitted from it via line 278 to one of the operating chambers of totalizer relay 280.
Relay 280 also receives the load pulses from the steam flow regulator F, through line 216. Thus, the pulses sent from relay 280 to selector valve 284 through line 282 are the results of the operation. combined effect of the pulses traveling through lines 278 and 216 to enter relay 280.
The location of the transition zone depends on the amount of heat absorbed in the vaporizing tubes of the walls of the combustion chamber and the present invention has the effect of adjusting the degree of absorption of heat in an adjustable manner. this heat.
In an uncontrolled group, the proportional heat absorption by the combustion chamber wall tubes varies with the load and tends to increase as the load drops. This would give rise to a tendency for the transition zone to move into the combustion chamber. The range of motion of the transition zone is minimized by the controlled recirculation of the flue gases into the combustion chamber to control the heat absorption by the wall tubes of that chamber.
In general, the volume of recirculated gas increases as the boiler load decreases, in order to keep the transition zone within the desired limits. The control system shown is effective in varying the quantity of flue gas introduced into the combustion chamber and the position of the point of this introduction into the latter, as a function of variables which include the temperature of the liquid at the point Tl of temperature adjustment.
The control system is effective in obtaining the desired results, by a maximum introduction of gas in recirculation (for example 27% of the flue gases going into the chimney), at low load, by the pipe 190 in the neck 170 of the hopper, the flow of flue gas recirculated in this position being reduced to zero as the load increases to a maximum. Conversely, the maximum recirculated flue gas occurs through the upper ports 172 at full load and is reduced to around zero at low load.
When the group is operating in such a way as to produce the maximum amount of steam, the recirculated gas is introduced into the upper ports 172, thus adding a weight of gas to the fresh products of the combustion, but diluting them in such a way. so that the temperature of the mixture leaving the combustion chamber is below a predetermined maximum.
This introduction of recirculated gas to the upper part of the combustion chamber does not produce a noticeable reduction in the absorption of heat by radiation by the walls of the chamber, but it also increases the weight of the gas. circulation on convection surfaces.
When the demand for steam decreases, the adjustment causes a reduction in the delivery of feedwater to pump 80 and a reduction in the entry of fuel and combustion air. The reduction in heat release in the combustion chamber results in a drop in the temperature at the outlet thereof, which allows a reduction in the addition, by the ports 172, of the re-vented gases. circulation.
The absorption of heat by radiation in the walls of the combustion chamber decreases only slightly when the heat consumption decreases and not in proportion to the reduction in the water flow, ¯ the position of the point inside the tubes where the liquid is completely evaporated in the transition section T goes down to the inlet manifold
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56. This results in an increase in the slight degree of superheating of the steam determined by the temperature controller T ".
When the temperature determined by regulator T "rises, the regulator acts through relay 321, together with regulator F, which determines the reduction in steam production, to effect a throttle adjustment. 192 so as to regulate the introduction of recirculated gas in the neck of the combustion chamber.
This increase in recirculating gas in the bottom of the combustion chamber reduces the absorption of radiant heat by the walls of the chamber, so that a higher weight of gas having a greater total heat content is sent. from the combustion chamber into the convection superheater and transition section. This increase in gas weight is particularly effective in increasing the proportion of heat absorbed by the convection heating surfaces, so that the location of the transition zone does not move to a great extent, and especially does not occur not in the tubes of the walls of the combustion chamber, the desired final degree of superheat being at the same time approximately maintained.
Controls which regulate fuel consumption tend to correct deviations from the desired superheat temperature.
The recirculation of the flue gases is carried out in an adjustable manner which allows a very wide range of loads on the generator group, while maintaining the transition zone in a section of the steam generator located downstream. in relation to the direction of gas flow - from the superheater at high temperature and subjected to relatively cold gases, and allowing favorable application of the feed water temperatures used in modern power generation installations by as a result of reducing the total amount of heat absorbed by the surface of the vaporizing walls of the combustion chamber.
The low feed water temperatures do not accommodate the thermal cycles of modern regenerative turbines, the high thermal yields of which are obtained by the progressive reheating of feed water at relatively low temperatures. high.
The recirculated gases, which are introduced to avoid the temperatures at which the slag deposits are made, are brought to an intermediate level of the height of the combustion chamber. Their introduction alters the absorption of heat by the combustion chamber wall tubes from this position to the exit of the combustion chamber, so that the total heat absorbed by the combustion chamber wall tubes. this chamber is reduced and this reduction tends to slide the transition position in a direction away from the inlet manifold 58. The location of the ports 172 at an intermediate point is a measure which constitutes a compromise. to ensure mixing of the recirculating gases and combustion products before they reach the surface of the superheater.
An optimum position for the introduction of these recirculating gases would be directly at the outlet of the combustion gases if their uniform mixing with the products of combustion coming directly from the burners could still be effected.
The invention increases the total thermal efficiency of the most suitable type of steam generator and superheater unit and makes it particularly applicable for operation at pressures ranging from 2000 to 5000 pounds per square inch (140 to 350 K / cm2).
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