BE520319A - - Google Patents

Description

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  PERFECTIONNEMENTS AUX INSTALLATIONS POUR LE CHAUFFAGE DE GAZ. 



   Cette invention concerne les installations pour le chauffage de gaz du genre comportant une chambre de combustion pourvue de tubes de parois chauffe-gaz propres à chauffer de l'air ou un autre agent de travail gazeux pour turbines à gaz. La forme la plus simple de chauffage de gaz est obtenue en utilisant la chaleur de rayonnement dans une chambre de combustion fonctionnant à la pression atmosphérique, la température moyenne de la chambre de combustion étant suffisamment réduite par une   recircula-   tion des gaz de combustion refroidis dans la chambre de combustion pour que tout danger de surchauffe du métal des tubes des parois chauffe-gaz soit évité.

   Toutefois, l'installation de dispositifs pour remettre en circulation de grandes quantités de gaz de combustion refroidis, augmente considérablement le coût de l'installation et l'espace qu'elle occupe, et un but de la présente invention est de permettre à la chambre de combustion de fonctionner avec sécurité à une température plus élevée. 



   Dans une installation de chauffage de gaz comprenant une chambre de combustion avec des tubes de parois chauffe-gaz, suivant la présente invention, un écran résistant à la chaleur est disposé entre les tubes de parois et la chambre de combustion à une certaine distance des tubes. 



   Dans cette disposition, la chaleur de rayonnement absorbée par l'écran est divisée, une partie étant rayonnée vers l'intérieur dans la chambre de combustion et une partie étant rayonnée vers l'extérieur sur les tubes des parois. Une telle division du rayonnement des flammes permet d'augmenter considérablement la température moyenne de la chambre de combustion, ce qui est équivalent à une réduction de la quantité nécessaire de gaz de recirculation. référence aux L'invention sera décrite ci-après, à titre d'exemple, avec référence aux dessins partiellement schématiques ci-annexés, dans lesquels: 

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Fig. 1 est une élévation de côté d'une installation de chauffage de gaz, partiellement en coupe suivant la ligne I-I de la Fig. 2;

     Fig. 2   est une vue en bout de l'installation partiellement en coupe suivant la ligne II-II de la Fig. 1; 
Fig. 3 est une vue en plan de l'installation représentée sur les Figs, 1 et 2; 
Fig, 4 est une coupe verticale dans une partie de la paroi de la chambre de combustion de l'installation représentée sur la Fig. l, mais à une plus grande échelle que sur cette figurer 
Fig. 5 est une vue fragmentaire en coupe horizontale suivant la ligne V-V de la Figé 1, mais dessinée à une plus grande échelle que celle-ci; 
Fig. 6 est une vue en élévation de coté, en majeure partie en coupe verticale, d'une autre forme d'exécution de l'installation, et 
Fig. 7 est une vue fragmentaire en coupe verticale de la partie de l'installation représentée sur la Fig. 6 mais dessinée à une plus grande échelle que celle--ci. 



   Sur les Figs, 1, 2 et 3, une chambre de combustion cylindrique 1, est pourvue de tubes de parois 11 qui sont supportés au sommet par un collecteur annulaire 13, et d'ur   brûleur   central   2,   aménagé pour   brûler   du combustible pulvérisé. En service, le mélange d'air et de combustible est amené   d'une   installation de pulvérisation, non représentée, par un tube 3 et un mouvement de tourbillonnement est imprimé par des guides héli-   coïdaux     4   au mélange qui pénètre en tous sens dans la chambre de   combus-   tion par des ouvertures 5, comme dans un ventilateur.

   De l'air secondaire est amené d'une chambre 7 dans la chambre de combustion par des ouvertures 6 qui entourent les ouvertures 5et de l'air est encore amené d'une chambre 10 par des conduits 9 et des ouvertures 8 à la surface supérieure du brûleur. 



   Les produits de combustion gazeux quittent la chambre de combustion 1 à son extrémité   supérieure et   pénètrent dans un parcours à rayonnement 18 où sont établies des sectione de chauffe 17 formées de plateaux ou panneaux de tubes. Du parcours à rayonnement 18 les gaz de commstion pénètrent dans un parcours horizontal 19 et ensuite dans un parcours descendant 20 qui sont pourvus l'un et l'autre de sections de chauffe par   conveccion   21, 22 et   23.   A l'extrémité inférieure du parcours descendant 20 une majeure partie des gaz de combustion alors refroidis se rend par un conduit 25 dans un chauffe-air 25   d'où   elle sort par un conduit de gaz d'échappement 31.

   La partie restante des gaz de combustion est aspirée dans un conduit 27 et ramenée à la chambre de combustion   1   d'une manière et dans un but qui seront décrits ci-après. 



   Deux circuits sont prévus pour le gaz à chauffer; un circuit pour le gaz à basse pre ssion et un circuit pour le gaz à haute pression. le gaz pénètre dans le circuit à basse pression par desdistributeurs 32 et circule successivement dans la section de chauffe par convection 22, les collecteurs 33, les tubes 34, les secticns de chauffe par panneaux   17,   les tubes 35, le distributeur 36, la section de chauffe par convection 21 et le collecteur 37   d'où   les gaz se rendent aux appareils d'utilisation du gaz. 



  Dans le circuit à haute pression le gaz pénètre par des distributeurs 38, et circule successivement dans la section de chauffe par convection 23, les collecteurs 39, les tubes 40,un distributeur annulaire 12, les tubes de parois 11 et le collecteur annulaire 13 d'où les gaz se rendent au lieu d'u-   tilisation.   



   La chambre de combustion 1 est pourvue d'un écran   14   contigu aux tube s de parois et espacé de ceux-ci, cet écran étant exécuté en une matière résistant à l'action de la chaleur même à de s température s de 1100 C. Comme le montrent les Figs. 4 et 5 ,  1-'écran :

  14   est constitué par 

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 des rangéescirculaires de tôles ou plaque s métalliques 14a.   Les     cotés   des   tbles   adjacentes de chaque rangée chevauchent comme c'est indiqué en 88 sur la Fig. 5 et les tôlesdes rangées adjacentes chevauchent aussi, les bords inférieurs des tôles de la rangée supérieure recouvrant à l'intérieur les bords supérieurs des tôles de la rangée inférieure, comme c'est représenté en 89 sur la Fig.   4.   Sur le bord supérieur de chaque tôle sont fixées des équerres pourvues de parties descendantes en forme de crochet 92 qui s'ap- pliquent sur desparties montantes en forme de crochet   93   d'équerres 47 qui sont   fixée  à des supports verticaux 48.

   Ainsi les tôles sont suppor- tées indépendamment des tubes de parois 11 et les tubes aussi bien que les tôles peuvent se dilater librement. Une couche de matière réfractaire 49 est établie entre les supports verticaux   48   et à l'extérieur de cette cou- che on place une couche de matière isolante 90 et une enveloppe en tole 91, comme   c'est   indiqué sur les Figs.1 et 2. 



   La disposition de l'écran 14 permet de faire fonctionner la chambre de combustion à une température tellement élevée que des parti- cules de cendre visqueuses tendent à adhérer à l'écran, en réduisant ainsi son efficacité, et pour réduire cette possibilité, le brûleur 2 est, comme il a été dit précédemment, disposé centralement dans la chambre de combus- tion et une couche de gaz de combustion refroidis est interposée entre l'é- cran et la chambre de combustion. La partie des gaz de combustion qui quitte   le   parcours descendant 20 par le conduit 27 est envoyée par un ventilateur 28 dans un conduit 29 et de là dans une série de conduits annu- laires parallèles 16 qui entourent la chambre de combustion 1.

   Des tuyères 15 réparties uniformément dans un sens circonférentiel sont établies dans la périphérie interne de chaque conduit   16   et déchargent les gaz à l'intérieur de la chambre de combustion dans une direction tangentielle à l'écran 14, toutes les tuyères étant dirigées dans le mème sens autour de l'axe de la chambre de combustion.

   Comme le montre la Fig. 5, chaque tuyère 15 part d'une partie du conduit annulaire correspondant   16   et s'avance vers l'intérieur entre une paire de supports verticaux 48 en passant entre des groupes de tubes de parois 11a qu'on a fait dévier localement dans le sens de la circonférence de la paroi de la chambre de combustion pour permettre le passage de la tuyère qui est recourbée latéralement pour former une extrémité logée entre les bords de recouvrement de tôles adjacentes 14a et tangentiellement à la tòle dont le bord est situé radialement vers l'extérieur.

   La   #le   dont le bord est situé radialement vers l'intérieur et qui forme écran pour protéger la tuyère du coté de la chambre de combustion est recourbée vers l'intérieur comme c'est indiqué en 14b en vue de ménager la fente nécessaire au passage de la tuyère. En service, la flamme du brûleur 2 est localisée principalement dans une région centrale de   la   chambre de combustion et la couche de gaz de combustion refroidis exerce une action de refroidissement et de solidification sur toutesles particules de cendresqui s'approchent de l'écran. 



   Afin que la température des gaz de combustion, ainsi ramenés dans la chambre de combustion, puisse être réglée, un conduit 30 est disposé entre le conduit 27 et le conduit des gaz d'échappement 31, de telle sorte qu'en manoeuvrant des registres ou clapets appropriés, non représentés sur les dessins, on peut envoyer par le ventilateur 28 une quantité plus ou moins grande de gaz à une température inférieure à celle qui règne dans le conduit 7, à l'intérieur du conduit 29 et de là dans la chambre de combustion.

   Des ajutages de nettoyage non représentés sur les dessins, peuvent être prévus pour l'introduction d'un agent de nettoyage, tel que de l'air comprimé, à une pression supérieure à celle des gaz de combustion ramenés dans la chambre, de telle sorte que si des particules de cendres devaient pénétrer dans l'écran et y adhérer elles pourraient en être chassée s par soufflage. les ajutages pour l'agent de nettoyage peuvent pénétrer dans l'écran 14 aux   marnes   points que les ajutages 15, de façon à maintenir à un minimum le nombre d'ouvertures de   l'écran.   En outre, des garnitures comprenant chacune un ajutage pour la recirculation des gaz et un aju- 

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 tage de nettoyages peuvent être prévues. 



   La cendre qui se forme dans la chambre de combustion et qui en tombe,passe par des ouvertures 41, descend par le s tubes   42   et pénètre dans des bassins remplis d'eau 43   d'ou   elle peut être enlevée par des transporteurs à raclettes appropriés, l'eau formant garde hydraulique au fond de la chambre de combustion. Des trémies à cendres 24, 44 et 45 sont prévues pour recueillir et enlever les particules de cendre qui sont entranées dans les gaz de combustion venant de la chambre de combustion. 



   La Fig. 6 montre une chambre de combustion cylindrique 50 agencée pour brûler du combustible pulvérisé et pour fonctionner à une température d'environ   150000   à laquelle se forme la scorie liquide , La sole 51 de la chambre de combustion présente une forme tronconique peu profonde et est pourvue d'une ouverture centrale d'évacuation de la scorie 52 par laquelle la scorie liquide peut être retirée d'une manière connue appropriée . 



   Au-dessus de la chambre de combustion 50 se trouve une chambre de rayonnement 54 à la base de laquelle est située une partie en forme de trémie   5.3   qui coopère avec la partie 62 d'un écran mentionné ci-dessous pour former un étranglement entre les deux chambres. Entre les bords adjacents de la trémie 53 et de l'écran 62 se trouve un intervalle annulaire   74.     les   parois des chambres 50 et 54 sont garnies de tubes 55 qui partent d'un distributeur annulaire 82 situé au-dessous de la sole de la chambre de combustion et aboutissent dans un collecteur annulaire   84   entourant la chambre de rayonnement.

   Un certain nombre des tubes de parois, à savoir les tubes 55a, s'étendent verticalement de la chambre de   combus-   tion à -la chambre de rayonnement, tandis que d'autres tubes,   à   savoir les tubes 55b, sont inclinés vers l'intérieur et vers l'extérieur pour suivre les surfaces de l'écran 62 et de la trémie 53. Les tubes 55b peuvent con-   tribuer   à former la partie formant trémie   54.   



   A l'intérieur d'une région supérieure de la chambre de rayonnement sont montés des plateaux ou panneaux de tubes 56 dont les tubes sont raccordés par leurs extrémités inférieures au collecteur 84 et par leurs extrémités supérieures à un collecteur de sortie 85. Un parcours horizontal 57, qui part de la région supérieure de la chambre de rayonnement, contient une section d'échangeur de chaleur tubulaire agissant par convection 59 et   communique   avec un parcours descendant 58 qui contient une section 60 d'échangeur de chaleur tubulaire agissant par convection.

   Les sections peuvent, comme   c'est   représenté, être formées de tubes non interrompus par des collecteurs et les tubes de la section 60 sont raccordés à un distributeur ou collecteur d'entrée 96, tandis que les extrémités de sortie des tubes de la section 59 sont raccordées à une canalisation 87 menant au distributeur annulaire   82.   Des conduits 68 et 83 partent du fond du parcours descendant 58. 



   La chambre de combustion 50 est pourvue d'un écran métallique résistant à l'action de la chaleur qui conprend une partie cylindrique 61 adjacente aux tubes de parois mais espacée de   ceux-ci   et une partie tronconique 62 supportée au sommet de la partie   61.   Le   combustible   pulvérisé et l'air primaire ou véhiculaire peuvent être amenés au foyer par de s brùleurs 65 et l'air secondaire par des conduits 66 raccordés à une canalisation d'air   81.   les   brûleurs   et les conduits pénètrent dans la partie tronconique 62 de l'écran et sont agencés pour diriger des jets de combustible et d'air de haut en bas et tangentiellement dans la chambre de combustion.

   Afin que   3.*écran   puisse résister à la haute température de la chambre de combustion et à l'action de la scorie liquide, sa surface interne est pourvue de pointes 63 qui supportent une couche de matière réfractaire   64   qui y est appliquée à l'état   plastique.   



   La température de l'écran mème doit être maintenue à environ 1100 c au-dessous de la température de 1500 c de la chambre de   ccmbus-   

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 tien et pour arriver à ce résultat, un courant de gaz de combustion re- froidis est aspire du parcours descendant 58 dans un conduit 68 par un ventilateur 67, et est déchargé dans un conduit distributeur annulaire 69 et de   là,   par des lumières 72 réparties   circonférentiellement   dans la pa- roi 73 de la chambre du foyer, à l'intérieur de l'espace compris entre la paroi et la section d'écran 61.

   Le courant passe dans l'intervalle annu- laire 74 à une grande vitesse et se mélange au courant de gaz chauds quit- tant la chambre de combustion,provoquant ainsi à l'étranglement une brus- que chute de la température, suffisante pour empêcher la présence de sco- rie liquide à l'extérieur de la chambre de combustion à l'exception d'une zone très   limitée.   



   Pour assurer un refroidissement efficace de l'écran et un mélange suffisant avec les gaz de combustion chauds, le courant doit cir- culer sur les sections de l'écran à une grande vitesse, et par conséquent les sections de l'écran sont établies de manière à former une surface étan- che aux gaz sans présenter d'ouvertures au travers desquelles des fuites de gaz peuvent se produire dans la chambre de combustion et réduire ainsi l'action refroidissante du courant. Pour atteindre ce résultat chaque sec- tion d'écran est faite d'une pièce de   tble   et la section d'écran 62 est pourvue d'une   bague   78 qui repose sur une bague 77 fixée à la section d'é- cran 61 tandis qu'une pièce élastique 79 est soudée aux deux sections d'é- Cran de manière à former un joint étanche aux gaz, comme c'est représenté sur la Fig. 7.

   Aux points où les conduits de combustible et d'air 65 et 66 pénètrent dans l'écran 62, des pièces flexibles 80, dont une est repré-   sentés   sur la Fig. 7, sont soudées à l'écran et aux conduits de manière à former des joints étanches aux gaz. L'écran 61 est pourvu de ferrares de support en forme de crochets 75 qui s'agrafent aux ferrures 76 fixees aux tubes de parois 55, et est ainsi supporté d'une manière qui permet les mouvements provoqués par la dilatation. 



   Afin que la température de la chambre de combustion puis- se être réglée, une partie des gaz do combustion refroidis qui sont dé- chargés dans le conduit distributeur 69 est déviée par les tuyaux 70 et pénètre dans la chambre de combustion par les ouvertures 71 ménagées dans la section d'écran 62. les tuyaux 70 se terminent par des parties   aména-   gées pour décharger les gaz de haut en bas au travers de la section d'é- cran 62 et tangentiellement dans le méme sens de tourbillonnement que le courant d'air primaire et de conbustible et le courant d'air secondaire et sont pourvus de joints élastiques semblables au joint 80.

   Les quantités de gaz de combustion refroidis qui quittent le conduit distributeur 69 par les lumières 72 et les tuyaux 70 peuvent être réglée s par des registres ou clapets convenablement placés;, non représentés sur les dessins. 



   De préférence, la température de la chambre de combustion est réglée automatiquement afin d'obtenir d'une part une température à la- quelle la scorie est convenablement évacuée à l'état de fusion et d'autre part une température de sécurité pour le métal des tubes 55. A cet effet, des dispositifs moteurs appropriés actionnant des papillons ou registres pour régler le débit des gaz dans les tuyaux 70 sont établis de manière à opérer sous l'action de la température' de l'écran 61 à l'extérieur de ce- lui-ci. 



    @ REVENDICATIONS.    



   1.- Installation pour le chauffage de gaz comprenant une chambre de combustion pourvue de tubes de parois chauffe-gaz, caractérisée en ce qu'un écran résistant à l'action de la chaleur est intercalé entre les tubes de parois et la chambre de combustion et espacé des tubes.

Claims (1)

1. 2.- Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'écran est constitué par des tôles disposées de manière que leurs <Desc/Clms Page number 6> bords se recouvrent et suspendues individuellement à des dispositifs de support.

   3.- Installation suivant les revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que des dispositions sont prises pour limiter la température de la chambre de combustion à l'endroit de l'écran en remettant en circulation dans la chambre de combustion des gaz de combustion refroidis par contact avec des surfaces d'échange de chaleur par convection de l'installation.

   4.- Installation suivant la revendication 3, caractérisée en ce que des dispositifs sont prévus pour diriger les gaz remis en circulation sur la surface interne de l'écran.

   5.0 Installation suivant la revendication 4, caractérisée en ce qu;à différentes hauteurs à l'intérieur de la chambre de combustion, des jeux d'ajutages sont répartis périphériquement, les ajutages de chaque série étant aménagés de .manière à diriger les gaz remis en circulation autour de la chambre de combustion et sur la surface interne de l' écran.

   6.- Installation suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisée en ce que des ajutages de nettoyage sont disposés de manière à souffler un agent de nettoyage fluide sur la surface interne de l'écran.

   7.- Installation suivant la revendication 6,-caractérisée en ce que des jeux d'ajutages de nettoyage sont répartis périphériquement à différentes hauteurs de la chambre de combustion, les ajutages de chaque jeu étant aménagés de manière à diriger le fluide de nettoyage autour de la chambre de combustion et sur la surface interne de l'écran.

   8.- Installation suivant les revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que les ajutages de nettoyage et ceux qui déchargent les gaz remis en circulation sont disposés de manière à souffler par les mêmes ouvertures de l'écran..

   90- Installation suivant la revendication 8, caractérisée en ce qu'il est fait usage de garnitures comportant chacune un ajutage pour décharger les gaz remis en circulation et un ajutage de nettoyage.

   10.- Installation suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisée en ce que la chambre de combustion est agencée pour brûler du combustible pulvérisé et fonctionner suivant le système à cendres sèche s.

   11.- Installation suivant la revendication 10, caractérisée en ce qu'un brûleur coaxial à la chambre de combustion est agencé pour décharger un mélange de combustible et d'air en tous sens autour de l'axe.

   12.- Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'écran est pourvu sur sa face intérieure de pointes et garni d'une couche de matière réfractaire appliquée à l'état plastique.

   13.- Installation suivant la revendication 12, caractérisée en ce que des dispositions sont prises pour faire circuler les gaz refroidis sur la surface extérieure de l'écran.

   14.- Installation suivant lesrevendications 12 ou 13, caractérisée en ce que l'écran comprend une partie ou section cylindrique et une partie ou section tronconique formant une sortie étranglée conduisant de la chambre de combustion à une chambre de rayonnement,et des dispositifs de recirculation sont prévus pour diriger transversalement à la sortie étranglée des gas de combustion remis en circulation après avoir été refroidis par contact avec des surfaces d'échange de chaleur par convection de 1' installation..

   15.- Installation suivant la revendication 14, caractérisée en ce que les dispositifs de remise en circulation sont aménagés de façon <Desc/Clms Page number 7> à diriger lesgaz de combustion remis en circulation d'abord sur la surfa- ce extérieure de l'écran et ensuite transversalement à la sortie étranglée.

   16.- Installation suivant l'une ou l'autre des revendications 12 à 15, caractérisée en ce que la chambre de combustion est agencée pour brûler du combustible pulvériséet fonctionner avec évacuation des scories à l'état de fusion.

   17.- Installation suivant l'une ou l'autre des revendica- tions 12 à 16, caractérisée en ce que des dispositifs de remise en circula- tion des gaz sont aménagés pour limiter la température dans la chambre de combustion en dirigeant les gaz remis en circulation après leur refroidis- sement par contact avec des surfaces d'échange de chaleur par convection de l'installation dans la chambre de combustion.

   18.- Installation suivant l'une ou l'autre des revendica- tions 12 à 17, caractérisée en ce que l'écran comprend une partie ou section cylindrique et une partie supérieure tronconique de conicité dirigée vers le bas au travers d'ouvertures de laquelle des dispositifs de décharge uniformément répartis dans le sens circonférentiel sont agencés pour dé- charger l'air et le combustible de façon à provoquer un tourbillonnement de l'air et du combustible autour de l'axe de la chambre de combustion.

   19.- Installation suivant la revendication 18, caractérisée en ce que des dispositifs de décharge uniformément répartis dans le sens circonférentiel sont agencés pour décharger les gaz de combustion remis en circulation après refroidissement par contact avec des surfaces d'échange de chaleur par convection de l'installation, de haut en bas à l'intérieur de la chambre de combustion par des ouvertures ménagées dans la partie ou section tronconique.

   20.- Installation suivant les revendications 18 ou 19, caractérisée en ce que les dispositifs de décharge sont placés par rapport aux ouvertures de manière à permettre des mouvements relatifs entre la section conique et les dispositifs de décharge, et il est prévu des joints élastiques étanches aux gaz entre les dispositifs de décharge et la partie conique.

   21.- Installation suivant l'une ou l'autre des revendications 12 à 20,.caractérisée en ce que l'écran est supporté sur des ferrures permettant les mouvements de dilatation de l'écran.

   22. - Installation suivant les revendications 18, 19 ou 20, caractérisée en ce que la partie inférieure cylindrique de l'écran est pourvue à proximité de son extrémité supérieure de ferrures de support qui reposent sur des ferrures correspondantesaménagées sur les tubes de parois.

   23. - Installation suivant l'une ou l'autre des revendications 14, 15, 18, 19, 20 et 22, caractérisée en ce que la partie ou section conique repose sur la partie ou section cylindrique et que le joint entre les sections est obturé par une bague élastique unie aux sections et permettant des mouvements radiaux relatifs entre ces sections.

   24.- Installation suivant la revendication 23, caractérisée en ce que la partie conique est pourvue à son extrémité inférieure d'une bague périphérique qui repose librement sur une bague correspondante de la section cylindrique.

   25.- Installation suivant l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une chambre de rayonnement est placée entre la chambre de combustion et un parcours de convection et contient des panneaux largement espacés de tubes de réchauffeur d'air.

   26.- Installation pour le chauffage de gaz, disposée et destinée à fonctionner en substance comme c'est décrit ci-dessus avec référen- <Desc/Clms Page number 8> ce aux Figs. 1 à 5, ou aux Figs. 6 et 7 des dessins annexés.