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PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUX PROCEDES ET INSTALLATIONS POUR LA GENERATION
ET LE CHAUFFAGE DE LA VAPEUR.
1/invention concerne la génération et le chauffage de la vapeur.
Depuis longtemps;, on a reconnu qu'il serait très souhaitable de pouvoir construire des installations génératrices de vapeur à pression élevée et à grande capacité volumétrique;, dans lesquelles règnent les températures élevées pour la vapeur et pour le réchauffage de celle-ci, par exem- ple des installations produisant environ 4500000 kg ou davantage de vapeur par heure à une pression d'environ 125 ou 140 kg/cm2, avec des températures de vapeur constantes voisines de 600 pour le surchauffage et d'environ 565 à 600 pour le réchauffage, pour des charges qui varient entre des limites écartéeso L'invention est décrite ci-dessous en se référant à une installation de ce genreo
Une des raisons,
qui supposent à ce que ce but puisse être atteinte réside dans la difficulté d'obtenir économiquement un cycle de chauffage à rendement élevé et cela non seulement du point de vue de la construction de l'installation mais aussi en ce qui concerne les questions de rendement,de combustion et de fonctionnement.Il ne suffit pas d'obtenir un rendement appréciable pour le cycle de chauffage, avec ou sans économie pour les frais d'installation, car, en' outre;
, on doit envisager le rendement et 1?économie, dans des limites pratiques, en considérant le problème du point de vue des conditions d'exploitation, par exemple en tenant compte des dif- ficultés concernant le combustible, la température à laquelle les diverses parties de l'installation sont soumisesg etco
Le combustible de base est évidemment, le charbon et bien qu'on puisse envisager d'alimenter, initialement, une installation déterminée avec du gaz, du mazout ou des combustibles préparés, des considérations d'ordre pratique rendent nécessaire que cette installation puisse être alimentée en passant d'un genre de combustible à un autre, y compris le combustible de
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base,
rien qu'en apportant des modifications minimes aux brûleurs et à l'alimentation en air comburant et sans qu'il soit nécessaire de modifier l'équipement destiné à engendrer et à chauffer la vapeur, cax sans cela on serait amené à une véritable reconstruction de l'installation. Le charbon, par exemple, peut être de bonne qualité et fournir des cendres à point de fusion élevé pendant une certaine période, alors que dans d'autres circonstances sa qualité peut être inférieure et ses cendres peuvent avoir un point de fusion relativement bas en créant ainsi des difficultés de transfert thermique avec, comme conséquence habituelle, la scorification des surfaces de convexion, si les conditions de température ne sont pas maintenues entre des limites déterminées.
De même, quel que soit le combustible, la température maximum,à laquelle sont soumises les différentes surfaces qui assurent l'échange thermique, a une très grande importance du point de vue de l'économie et de la durée d'usage de l'installation. Même en ce qui concerne les surfaces de chauffage de la vapeur - en vue de son surchauffage ou réchauffage - il est évident que plus la qualité de l'alliage résistant à la chaleur est élevée, plus le prix de revient est important. Par ailleurs, on ne réalise aucun avantage économique dans la construction, pour la réalisation du but exposé plus haut, si l'on doit recourir à des quantités excessives de surfaces de chauffe pour le surchauffeur et le réchauffeur. Enfin, on n'obtient pas un rendement satisfaisant si le combustible n'est pas complètement brûlé.
Pour mieux étayer ce raisonnement, on peut affirmer que si l'on veut combiner une forte capacité volumétrique avec des températures élevées de vapeur et de réchauffage, en utilisant des installations classiques à surchauffeurs et réchauffeurs à convexion, les températures nécessaires à la sortie du foyer seront trop élevées pour permettre une exploitation sensiblement exempte de scorification, même en utilisant du charbon de qualité normale. De plus, il est impossible de maintenir la température de chauffage et de réchauffage de la vapeur à une valeur constante, pour une gamme étendue de charges, ce qui constitue un facteur primordial du point de vue du rendement.
Toujours pour permettre de mieux comprendre la nature des difficultés qui s'opposent à la réalisation de ces installations optima, on peut souligner le problème que pose, d'une part, la mise en marche initiale de l'installation sans que les dilatations et les contractions puissent avoir des effets nuisibles, et sans surchauffer les matériaux utilisés dans la construction et, d'autre part, la remise de l'installation en marche normale, après une mise en veilleuse, sans que ces inconvénients se manifestent. En raison de ces difficultés (aussi bien dans la turbine que dans l'installation génératrice proprement dite), il faut généralement un temps considérable pour remettre l'installation en batterie.
Il est évident que des installations à grande capacité, du genre en question, doivent avoir des dimensions très importantes. En outre, elles doivent être supportées par des constructions qui représentent, à elles $eu-- les, une partie considérable des frais d'installation totaux. Il convient en effet d'éviter des trop fortes concentrations des charges sur les fondations.
L'invention a, essentiellement, pour but de réaliser une installation qui permette d'atteindre les buts principaux indiqués plus haut, d'une manière économique tant du point de vue de la construction matérielle que de celui du rendement de l'exploitation,
Pour atteindre ce but, on a recours à une combinaison d'organes et de dispositifs qui sont décrits ci-après et dont certains, pris séparément, peuvent être déjà connus, mais qui tous contribuent à l'obtention des principaux buts de l'invention.
Plus particulièrement, on a recours, conformément à l'invention, à une installation unitaire dont certaines parties sont séparées les unes des autres mais qui, néanmoins, constituent un ensemble qui diffère des
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installations complexes déjà connues. La simple multiplication d'installa- tions relativement petites dans le but d'obtenir la capacité totale voulue en utilisant les températures désirées de vapeur et de réchauffage ne per- mettrait pas d'obtenir l'économie dans la construction ni le rendement vou- lu de la combustion ni le rendement total très élevé du cycle de chauffage, qui caractérisent l'invention.
En résumé, on brûle du combustible et on engendre de la vapeur dans des zones distinctes les unes des autres, et 19on dispose les surfaces du surchauffeur,du réchauffeur, de l'économiseur et de préchauffage de 1,'air de manière à assurer une utilisation extrêmement efficace de la cha- leur produite,tout en permettant une construction économique et en réali- sant d'autres avantages. Les résultats optimum sont obtenus lorsqu'on uti- lise, avec les dispositions indiquées ci-dessus, une circulation forcée ou commandée, des brûleurs orientables et la remise en circulation des gaz pour contrôler la température de la vapeur, ainsi qu'il ressortira plus loin.
En outre, ces buts sont réalisés conjointement à la possibilité de maintenir aisément une température constante de surchauffage et de ré- chauffage, et cela sur une gamme étendue de charges,comprise par exemple entre un maximum et environ 10% de la charge ou de la capacité nominale.
En d'autres termes, l'invention propose de réaliser une grande souplesse de fonctionnement par le contrôle des températures sur l'ensemble d'une gamme très étendue de charges, ce but étant réalisé conjointement à une économie dans la construction et à un rendement élevé de fonctionnement, sous tous leurs aspects, y compris la possibilité de nettoyer aisément les surfaces.
Les dessins ci-annexés, montrent, à titre d'exemples, quelques modes de réalisation de l'invention.
La fig. 1 montre, en élévation avec coupe suivant 1-1 fig. 4 dans la partie relative au surchauffeur, une installation établie selon l'invention, certains organes étant représentés schématiquement.
La fig. 2 montre, à plus grande échelle et en élévation avec parties en coupe suivant 2-2 fig. 3 et en coupe suivant 2a-2a fig. 3, la partie inférieure de la section de surchauffage de l'installation.
La figo 3 montre, en coupe horizontale suivant 3-3 fig. 2, le foyer de l'installation et, en plan, le dispositif d'alimentation en combustible.
La fig. 4 montre, en coupe horizontale suivant 4-4 fig. 1, l'ensemble de l'installation, les groupes surchauffeurs et réchauffeurs étant indiqués seulement schématiquement.
La fig. 5 montre, en coupe verticale suivant 5=5 fige 4, la partie supérieure de la partie réchauffeur du foyero
La fige 6 montre, en élévation partielle et à plus grande échelle, la disposition des collecteurs et des tubes dans les parois du foyer.
La fig. 7 est une coupe transversale suivant 7-7 fig. 6.
La fig. 8 montre, en plan, une variante comportant un foyer séparé avec une paroi de séparation formée par des tubes à eau entre les foyers du surchauffeur et du réchauffeur.
La fige 9 montre, en coupe verticale partielle, une disposition modifiée des brüleurs.
La fig. 10 montre un schéma général de l'installation,
Les figs. 11 à 14 montrent, schématiquement, les'raccords d'alimentation des brûleurs en combustible dans une des parties du foyer.
La fig. 15 montre, en plan schématique, certains raccords de tubes suivant un mode de réalisation préféré de l'inventiono
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La fig. 16 montre, semblablement, une variante pour les passages des gaz et des dispositifs concernant le surchauffeur.
Les figs. 17 à 19 montrent, schématiquement, le mode de réglage des brûleurs orientables.
La fig. 20 montre, en plan schématique,une autre variante pour les passages des gaz et les dispositifs de chauffage de la vapeur.
La fig. 21 montre,schématiquement, une variante pour les surfaces de réchauffage de l'air comburant.
Si l'on se réfère, d'une part, aux figs. l à 4 et, d'autre part, à la fig. 10, (plus particulièrement aux figs. 3 et 4) on voit que, d'une manière générale, le mode de réalisation préféré de l'invention comporte un foyer dont une partie SF forme le surchauffeur et une partie RF le réchauffeur. Des brûleurs de combustible Bl, B2, B3 et B4 servent à introduire le combustible dans le foyer du surchauffeur SF alors que des brûleurs B5, B6, B7 et B8 alimentent le foyer du réchauffeur RF. Des broyeurs Ml, M2, M3 et M4 servent à pulvériser le combustible. A partir de ces broyeurs.le combustible, véhiculé par de l'air primaire, est dirigé vers les brûleurs du réchauffeur. Des boites à vent W sont associées aux brûleurs pour introduire de l'air secondaire avec le combustible.
Des conduits d'air AD, AD' servent à diriger cet air secondaire vers les boites à vent W. Des conduites de recyclage des gaz, désignées par GRD et GRD', relient les passages de sortie FO, FO1 aux ouvertures d'admission des gaz GO et GO1 (figs. 1, 2 et 10) établies au voisinage des brûleurs de combustible et à travers les= quelles s'effectue l'introduction dans le foyer du gaz remis en circulation.
Les parois latérales du foyer du surchauffeur SF sont garnies de tubes à eau WT (fig. 3) et les parties inférieures de ses parois avant et arrière sont garnies de tubes à eau WT1, tandis que les parties supérieures de ces mêmes parois sont garnies de tubes surchauffeurs par rayonnement ST (fig.l) ..
Les tubes à eau WT et WT1 des parois sont reliés, par leur extrémité inférieure, à des collecteurs à eau inférieurs 15 (fig. 1). L'extrémité supérieure des tubes WT des parois latérales débouchent dans des collecteurs supérieurs 16 reliés, à leur tour, à un tambour 17 pour la va- peur et l'eau, par des tuyaux 18. L'extrémité supérieure des tubes à eau WTl, qui se trouvent à la partie inférieure des parois avant et arrière, débouche dans des collecteurs intermédiaires 19 reliés au tambour à vapeur et à eau 17 par des tubes ascendants 20.
L'eau,provenant du tambour 17, alimente les collecteurs inférieurs 15 par l'intermédiaire de tubes descendants 21, tandis que des pom- pes de circulation 22 et des tubes de raccordement 23 assurent une circulation forcée et réglée à la fois, comme dans les chaudières du type "LaMont".
Des orifices (non montrés) sont ménagés dans les tubes et/ou les collecteurs pour assurer une répartition uniforme, comme dans les chaudières "LaMont" citées plus haut. Un raccord 24 d'alimentation d'eau est prévu dans le tambour 17 pour alimenter celui-ci, à partir d'un dispositif de pompage d'eau d'alimentation (non montré), par l'intermédiaire de l'économiseur E.
Les tubes surchauffeurs SF placés dans la partie supérieure des parois avant et arrière du foyer constituent des éléments rayonnants du surchauffeur pour la vapeur saturée provenant du tambour 17. Un tube sur deux, dans le faisceau 25 et 25' de la partie rayonnante de la paroi avant (figs. 1 et 2), est relié au tambour 17 à vapeur et à eau, comme on le voit en 26 (fig. 1), de telle sorte que la vapeur saturée s'écoule en descendant à partir du tambour, à travers ces tubes, pour atteindre un collecteur inférieur 27. A partir de ce collecteur, la circulation s'effectue de bas en haut à travers les tubes restants 28 de la partie rayonnante. La partie supérieure des tubes 28 traverse le toit du foyer, ainsi qu'on le voit en 29 (fig. 1) et aboutit dans un collecteur supérieur 30.
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Un tube 31 sur deux, dans les parties de la paroi arrière qui as- surent le surchauffage rayonnant est relié en 32 au tambour à vapeur et à eau 17 (figso 1 et 2) afin que la vapeur saturée circule à travers des tubes pour aboutir à un collecteur inférieur 33.Ces tubes 31, au cours de leur trajet entre le tambour 17 et le collecteur 33,passent d'abord le long du toit du foyer;
, puis le long du toit de l'étranglement de sortie 34, pour descendre ensuite de manière à former un écran 35, avant de longer le fond de l'étranglement 34, passer sous le nez 36 du foyer et descendre jusqu'au collecteur 33. En partant de ce collecteur, un tube 37 sur deux se dirige vers le haut le long de la paroi arrière du foyer, puis sous le nez 36, pour remonter de manière à former un écran 371 constitué par des tubes équidistants et placés er travers de 1'entrée de l'étranglement de sortie 34, pour abou- tir finalement dans le collecteur 30 déjà citéo
On voit, par conséquent, que les tubes rayonnants du surchauffeur, dans les parois avant et arrière du foyer SF, sont branchés en parallèle avec le tambour 17 et se déchargent dans le collecteur 30.
On voit sur les Figs. 6 et 7 que les tubes à eau WT1 de la paroi arrière sont scindés en forme de fourchette à trois branches à leurs extré- mité supérieure afin qu'ils puissent être reliés au collecteur extérieur 19, et que les tubes surchauffeurs 31 à écoulement descendant de la paroi arrière, ainsi qu'un sur deux des tubes surchauffeurs 37 à écoulement ascendant, sont coudés de manière à passer entre les branches des tubes à eau scindés en fourchette, pour aboutir dans le collecteur 33.D'après la fig. 6, on peut constater que cette disposition imbriquée se traduit par la présence dans cette zone, d'une paroi métallique à peu près pleine, laquelle protège l'agencement du foyero La même disposition est adoptée pour la paroi avant.
Le tambour à vapeur et à eau 17 est suspendu à des poutres transversales 38, à la partie supérieure de l'installation, par des tirants montrés schématiquement sur la figo 1.
Les tubes à eau des parois avant et arrière sont supportés par les poutres transversales 38 au sommet de l'installation par des suspenseurs associés aux tubes ascendants 20 (figo 1)o Les tubes à eau des parois latérales sont suspendus aux poutres par 1?intermédiaire de suspenseurs associés aux collecteurs 16. Les parties rayonnantes du surchauffeur sont également suspendues à des suspenseurs attachés aux poutres transversales supérieures.
Par conséquent, la dilatation et la contraction des parois à eau et celles des sections des surchauffeurs à rayonnement sont indépendantes.
La partie RF du foyer du réchauffeur est constituée, d'une manière générale, comme celle SF du foyer du surchauffeur et elle comprend également des tubes à eau WT qui garnissent les parois latérales et dont les extrémités inférieures aboutissent dans des collecteurs à eau 15, tandis que les extrémités supérieures de ces tubes aboutissent au tambour à vapeur et à eau 17. Cette partie RF du réchauffeur comporte, en outre, des tubes à eau WT1 qui garnissent les parties inférieures de ses parois avant et arrière et dont les extrémités inférieures débouchent dans des collecteurs à eau 15 et les extrémités supérieures dans des collecteurs 19 reliés, par des tubes ascendants 20, au tambour à vapeur et à eau 17.
Les collecteurs 15 sont alimentés par les tubes descendants 21, les pompes 22' et les raccords 23, comme expliqué plus haut. Par conséquent, les tubes à eau, qui engendrent la vapeur et garnissent les parois des foyers SF et RF, sont disposés en parallèle en ce qui concerne leur alimentation et leur débito
Les parties supérieures des parois avant et arrière de la partie RF du foyer du réchauffeur sont garnies de tubes rayonnants RT (fig.
5) qui constituent les éléments réchauffeurs proprement ditso Les tubes 39 et 40 de ces éléments débouchent, par leur extrémité inférieure, dans des collecteurs 41 et 42 vers lesquels la vapeur à réchauffer est dirigée, pour être utilisée à nouveau, à partir de 13 extrémité du premier étage de la turbine (non montrée), par l'intermédiaire du tuyau 430
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L'extrémité supérieure des tubes 39 de la partie rayonnante de la paroi antérieure traverse le toit du foyer (fig. 5) et est ensuite reliée aux tubes d'un compartiment CS de réchauffage par convexion à haute températurepour aboutir finalement dans le collecteur supérieur 44 du compartiment à convexion CS.
Certains des tubes 40 du faisceau rayonnant de la paroi arrière s'élèvent le long de cette paroi, passent ensuite sous le nez 45, puis un certain nombre d'entre eux longent le fond de l'étranglement de sortie 46 pour remonter ensuite à travers l'ouverture de sortie de cet étranglement pour y constituer un écran de tubes équidistants 47. Ensuite, ces tubes longent le toit de l'étranglement de sortie 46 et sont réunis aux, tubes du compartiment de réchauffage par convexion CS avant d'aboutir dans le collecteur 44.
Les autres tubes 40 du groupe de chauffage par rayonnement s'élèvent à partir du nez 45 et traversent l'avant de l'étranglement 46 pour former un écran 48 de tubes espacés avant d'aboutir dans un collecteur supérieur 49
La vapeur réchauffée est dirigée, à partir du collecteur 44, à l'aide de tuyaux 51, vers un collecteur de sortie 50 convenablement situé.
En quittant le collecteur 50, la vapeur réchauffée est dirigée vers le deuxième étage de la turbine (non montré).
La partie, formant le surchauffeur, comporte (figs. 1 et 15) une partie HS de surchauffage final à haute température ainsi qu'une partie HS1 de surchauffage intermédiaire qui sont logées dans l'étranglement de sortie 34. Une partie LS de surchauffage primaire à basse température est logée dans la sortie FO du foyer, Un économiseur E est placé dans ce passage à la suite de la partie LS du surchauffeur.
La partie HS1 de surchauffage intermédiaire constitue la moitié de cet étage de surchauffage à haute température de l'installation, tandis que l'autre moitié HS2 de cet étage est placée dans l'étranglement 46 du foyer de réchauffage RF.
La partie LS de surchauffage primaire à basse température constitue la moitié de l'étage de surchauffage primaire de l'installation, tandis que l'autre moitié LS' est placée dans le passage de dérivation FO' du foyer de réchauffage RF.
L'économiseur E constitue la moitié de la surface du système économiseur de l'installation et l'autre moitié de cette surface, désignée en E', est située dans le passage de dérivation FO' du foyer de réchauffage RF.
Le collecteur supérieur 30 des parties ST qui assurent le surchauffage par rayonnement est relié par des tuyaux d'évacuation 52 au collecteur supérieur 53 des éléments 54 de surchauffage primaire à basse température, tandis que le collecteur 53 est relié à son tour, par des tubes descendants 55, aux collecteurs inférieurs 54. L'extrémité inférieure des tubes de la partie LS du surchauffage aboutissent à l'intérieur des collecteurs 54, tandis que leur extrémité supérieure se termine dans les tubes de la partie HS1 de surchauffage à haute température. Cette partie HS1 est reliée à la sortie de la partie HS de surchauffage à haute température par des collecteurs 54a et 54b et des tubes de connexion 54c.
Des tuyaux 56 relient le collecteur supérieur 57 de la partie HS du surchauffeur à un collecteur 58 de sortie du surchauffeur, d'où la vapeur surchauffée est dirigée vers le premier étage de la turbine à l'aide de tuyauteries 58'.
Si l'on se réfère maintenant aux figs. 5 et 15, on voit que la vapeur alimente les tubes de la partie LS' du surchauffeur à partir du collecteur supérieur 53 par l'intermédiaire de tubes 61 et de collecteurs inférieurs 62, le collecteur 53 étant alimenté en vapeur par le collecteur 30 par l'intermédiaire des tuyaux 52. Les extrémités supérieures des tubes de cette partie du surchauffeur sont reliées aux tubes de la partie HS2 de surchauffage à haute température, lesquels sont reliés, à leur tour, au collecteur 54b qu'ils alimentent à travers le circuit passant par le collecteur
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54a et les tubes 54c. Ainsi qu'il ressort des figso 1 et 15, le collecteur
54b alimente en vapeur les tubes du surchauffeur à haute température HS du foyer surchauffeur SF.
On peut constater,par conséquentque les éléments surchauffeurs dits de "surchauffage final" se répartissent en trois groupes :HS, HS' et @
HS2, le premier HS étant placé dans l'étranglement du foyer surchauffeur SF et suivi en série - tout au moins en ce qui concerne l'écoulement gazeux - par le groupe HS' également placé dans l'étranglement du foyer surchauffeur
SFo Quant au troisième groupe HS2, il est placé dans l'étranglement du foyer réchauffeur RF et fait suite, du moins en ce qui concerne l'écoulement des gaz, à la partie CS de l'installation qui assure le réchauffage par conve- xiono On peut également constater que les éléments du surchauffage primaire sont disposés en deux groupes, LS et LS', dont le premier est situé dans l'étranglement du foyer surchauffeur et fait suite, en série, au groupe HS',
dans le sens de l'écoulement gazeux, tandis que le groupe LS' est situé dans l'étranglement du foyer de réchauffage et fait suite, en série, au groupe
HS2, du moins en ce qui concerne l'écoulement des gaz. On peut aussi consta- ter que les éléments du système économiseur sont répartis en deux groupes
E et E, dont l'un est situé dans l'étranglement du foyer de surchauffage et l'autre dans l'étranglement du foyer de réchauffage, faisant suite, en série, aux groupes primaires LS et LS', du moins en ce qui concerne l'écou- lement des gaz.
Si l'on se reporte maintenant au schéma général de la fig. 10, on constate que la disposition des surfaces d'absorption de chaleur et du passage des gaz s'établit comme suit. Les gaz quittant le foyer de surchauf- fage SF passent d'abord sur les surfaces des surchauffeurs HS et HSl à hau- te température, puis sur celles du surchauffeur primaire LS à basse tempé- rature, et finalement sur celles de l'économiseur Eo
Les gaz quittant le foyer de réchauffage RF passent d'abord sur le groupe de réchauffage CS, puis sur le groupe surchauffeur à haute tem- pérature HS2, puis sur le groupe à basse température LSl et finalement sur l'autre groupe économiseur E'.
Ainsi qu'il est précisé plus haut, le groupe surchauffeur HS' à haute température du foyer de surchauffage, ainsi que le groupe surchauf- feur HS2 à haute température du foyer de réchauffage, constituent chacun une moitié de cet étage surchauffeur de l'installation; par ailleurs, le groupe surchauffeur LS à basse température du foyer de surchauffage ainsi que le groupe surchauffeur LS2 à basse température du foyer de réchauffage constituent chacun la moitié de l'étage primaire de surchauffage de l'instal- lation, tandis que les économiseurs E et E' des deux foyers représentent cha- cun la moitié de la surface totale de l'ensemble du système économiseur.
Les deux groupes économiseurs sont reliés en parallèle à la pompe qui assure l'alimentation en eau (non montrée),et tous deux se déchargent dans le tam- bour à vapeur et à eau 170
En un point faisant suite aux groupes économiseurs E et E', une conduite 64 d'équilibrage des pressions relie les passages à gaz FO et FO1 pour permettre l'écoulement croisé des gaz et, par conséquent, l'équilibrage des pressions., Les sections libres des deux passages à gaz FO et FO1, ainsi que les éléments de chauffage situés dans ces passages, sont établis dans des dimensions et proportions telles que, normalement, les gaz quittant les foyers, aient approximativement les mêmes poids et températures, ce qui se traduit par des pertes de tirage sensiblement égales.
Au-delà de la conduite transversale 64, les gaz provenant des passages à gaz FO et FO1 circulent à travers des réchauffeurs d'air 65, 651 et sont ensuite épurés à l'aide de dispositifs à précipitation 66, 66 pour être ensuite dirigés par des ventilateurs à tirage induit 67, 671 vers la cheminée 68. Ces appareils de chauffage de l'air et d'épuration par préci- pitation peuvent être de tout type approprié et bien connu; l'appareil u- tilisé pour le chauffage de l'air peut être par exemple du type Ljungstrom, représenté schématiquement sur les dessins.
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Entre les groupes économiseurs E et E',d'une part, et la conduite transversale 64, on a prévu des registres régulateurs 69, 691 pour compenser ou corriger les changements pouvant éventuellement intervenir dans les conditions de fonctionnement et qui pourraient influer sur les pertes relatives de température et de tirage, par exemple du fait de différences de propreté superficielle entre les organes en présence, ou pour toute au- tre cause. Des registres de fermeture des gaz, désignés en 70-70 et 70'-70', sont également prévus des deux côtés des dispositifs de chauffage de l'air, ce qui permet de couper l'un ou l'autre passage des gaz lorsqu'on désire faire fonctionner l'installation avec un seul appareil de chauffage.
Des registres de commande 71-71' sont également prévus pour les ventilateurs 67, 671 à tirage induit, afin d'égaliser les différences éventuelles qui pourraient se produire dans les conditions de fonctionnement des appareils de chauffage de l'air.
Des conduites en dérivation 641 et 642 partant de la conduite transversale 64 assurent la liaison avec les conduites GRD et GRD' qui assurent la remise en circulation des gaz. Des ventilateurs sont prévus en 643 et 644 pour assurer cette remise en circulation. Des registres de com- mande 645 et 646 sont.prévus pour les ventilateurs, afin de permettre de compenser les inégalités éventuelles pouvant se produire et de diriger éventuellement les gaz remis en circulation soit vers l'un, soit vers l'autre foyer.
Si l'on examine maintenant l'alimentation d'air de l'installation, on voit que l'air provenant de ventilateurs 72, 72' à tirage forcé est dirigé par des conduites 73, 73' vers les appareils.de chauffage d'air 65,65', puis des conduites 74,74' le dirigent vers des conduites accou- plées AD, AD et AD1, AD1 qui alimentent les boites à vent W des brûleurs, ce qui assure l'introduction d'air secondaire chaud dans les foyers en même temps que le combustible.
Des conduites d'air transversales 75 et 76 relient les passages 73, 73' et 74, 74' pour équilibrer l'écoulement et les pressions entre ces passages. Des registres de fermeture et de régulation 77, 77' et 78, 78' pour l'air sont prévus (fige. 1 et 10) ce qui permet de doser convenablement l'air distribué à chaque foyer, selon les besoins. Au cas où l'on désirerait faire fonctionner l'installation sur un seul réchauffeur d'air, on peut couper l'un ou l'autre de ces réchauffeurs en fermant ses registres de commande correspondants. Des registres de commande 79 et 80 sont également prévus pour les ventilateurs à tirage forcé 72, 72; afin de permettre la compensation de toutes les inégalités éventuelles dans le fonctionnement.
L'air chauffé est dirigé, à partir du passage transversal 76, vers les passages 81 d'admission d'air des broyeurs de pulvérisation du combustible; ces broyeurs sont désignés en Ml, M2, M3 et M4 et servent à l'alimentation du foyer de surchauffage SF, à l'aide d'une conduite 82; le passage 76 alimente également quatre conduites d'admission d'air 83 des broyeurs M5, M6, M7 et M8 qui alimentent à leur tour le foyer de réchauffage RF, grâce à une conduite 84. Des registres destinés à égaliser ou à fermer les débits respectifs sont agencés dans les passages 82 et 84.
Le combustible véhiculé par l'air primaire est dirigé entre les broyeurs et les brûleurs par des conduites 85 (fig. 3) et des extracteurs 86, ceux-ci étant prévus à raison d'un par broyeur ; broyeur alimente les brûleurs de la façon qui sera décrite ci-après.
Si l'on considère les figs. 2, 3 et 11 à 14, on voit que le broyeur Ml alimente une buse à combustible du brùleur d'angle Bl par l'intermédiaire d'un tuyau 87, que le broyeur M2 alimente une autre buse à combustible du brûleur Bl par un tuyau 88, que le broyeur M3 alimente une autre buse à combustible du brûleur Bl par 1 intermédiaire d'un tuyau 89, et enfin que le broyeur M4 alimente la buse à combustible restante du brûleur Bl par un tuyau 90, ainsi que le montre schématiquement la fig. Il.
De même, les quatre buses du brûleur B2 sont alimentées par les quatre mêmes broyeurs par
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1?intermédiaire de tuyaux 91, 92, 93 et 94 (fig. 12),les quatre buses du brûleur B3 par les tuyaux 95, 96, 97 et 98 (fig. 13), et enfin les quatre buses du brûleur B4 par des tuyaux 99, 100, 101, et 102 (fig. 14).
Les connexions précitées ont été décrites comme étant celles des brûleurs du foyer de surchauffage,mais il est bien évident que les conne- xions qui alimentent les brûleurs du foyer de réchauffage sont les mêmes, ainsi que le montre la figo 30
De préférence,les brûleurs sont du type orientable tangentiel, par exemple du genre décrit dans le brevet américain n .2.575.885 accordé le 23 Novembre 19510
Les fige. 17, 18 et 19 montrent, schématiquement, l'effet pro- duit sur la flamme par les différents réglages en orientation des buses des brûleurs. En modifiant la position angulaire des brûleurs, dans le plan ver- tical, on fait varier la mesure dans laquelle les gaz sont refroidis par les parois à eau. De même, la remise en circulation des gaz modifie la quantité de chaleur absorbée par ces parois.
Normalement, chaque foyer est alimenté par trois de ses quatre broyeurs à combustible, le quatrième broyeur étant un broyeur de réserve.
La quantité de combustible fournie à chaque foyer est sensiblement la même, et l'on peut utiliser dans ce but tout dispositif classique ou connu (non montré) de commande du débit, par exemple un dispositif sensible à la pres- sion de vapeur, dont l'actionnement agit sur l'alimentation en combustible de manière à maintenir la pression de vapeur pendant toute la gamme des o- pérations.
On voit plus particulièrement sur les figs. 1, 3 et 4 que les éléments qui constituent les foyers sont suspendus à des poutres 38 comme déjà indiqué plus haut. En subdivisant le foyer, il est possible de supporter les poutres non seulement par des rangées espacées de colonnes 103 et 104, placées .sur les côtés extérieurs du foyer, mais aussi par une rangée intermédiaire de colonnes 105. Ainsi, la portée des poutres 38 peut être écourtée de la moitié environ, en ce qui concerne le support, ce qui signifie que les dimensions des poutres peuvent être notablement réduites, la hauteur de leur membrure étant diminuée depuis 5,20 m, adoptée pour leur âme ou membrure dans des conditions usuelles, à environ 1,80 m, ce qui représente une diminution énorme des frais d'installation.
Les fortes concentrations de charge sont aussi évitées,ce qui contribue également à réduire le prix de la constructiono Par ailleurs, on peut sensiblement réduire les dimensions des tirants nécessaires pour suspendre le foyer proprement dit et pour former le passage d'évacuation, ce qui conduit également à une réduction des prix d'établissement.
Ces tirants sont montrés schématiquement en divers points sur les dessins, et il est bien entendu qu'il convient d'en prévoir d'autres à des endroits différentso L'installation montrée permet également d'utiliser des surchauffeurs et réchauffeurs à chaleur rayonnante et d'établir des parois à tubes d'eau le long des parois latérales adjacentes des foyers avec des collecteurs extérieurs du genre décrit plus haut pour les parois avant et arrière, les collecteurs et les tubes étant toujours facilement accessibles. On peut également utiliser des dispositifs de soufflage de suies, indiqués schématiquement en S, (figso 1 et 2) dans les parois précitées, ces dispositifs étant aisément accessibles de l'intérieur du foyer.
En scindant le foyer de la manière représentée, on rend également possible une simplification considérable de l'installation, en assu- rant la symétrie et l'accessibilité des organes, tels que tuyauteries et conduites, et l'aménagement des broyeurs. Le volume total occupé est inférieur, et la surface d'évaporation supérieure, au volume et à la surface qui seraient nécessaires dans une installation à foyer unique ayant les mêmes capacité et pression.
La simplification est également due au fait que les deux parties essentielles du foyer peuvent sensiblement constituer des contreparties,
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c'est-à-dire se faire pendant l'une à l'autre, pour toutes les applications pratiques envisagées. Cela contribue également à l'économie réalisée grâce à cet ensemble,. La seule différence marquante que l'on constate entre ces parties réside dans les éléments qui font suite aux foyers, où l'on a une faible différence entre les surfaces de chauffe totales, résultant de la différence entre les caractéristiques propres au surchauffage et au réchauffage.
Ces différences sont relativement minimes, de sorte qu'il est aisé de les compenser en agissant sur les dispositifs à registres de telle sorte que, dans l'ensemble de l'exploitation de l'installation, pour tout régime déterminé, le poids de gaz traversant les deux parties soit sensiblement le même, et qu'il ne s'y produira aucun mélange entre gaz ayant des températures sensiblement différentes. Les passages et les diverses surfaces de transfert thermique sont construits de telle sorte et dans des proportions telles, qu'ils offrent une résistance sensiblement uniforme à l'écoulement des gaz, ce qui est avantageux non seulement en raison de ce qui précède mais aussi du point de vue du maintien d'un rapport air-combustible correct dans toute la gamme des conditions de fonctionnement ou des régimes.
(Les dispositifs de mesure qui font partie du mécanisme de commande normalement utilisé dans ce genre d'installation fonctionnent avec le maximum d'efficacité dans ces conditions).
En associant cette division du foyer à la circulation forcée commandée, on peut pousser davantage la simplification et l'économie qui en résultent, du fait que l'on peut utiliser des tubes générateurs de vapeur de plus petit diamètre et réduire proportionnellement le volume total d'eau. utiliséea Ainsi, parmi les avantages qui résultent de cette simplification, on peut citer la plus faible quantité de métal mise en oeuvre et la moindre quantité d'eau à chauffer, ce qui signifie que l'installation peut être mise en marche beaucoup plus rapidement que ne le permettrait une installation ne possédant pas ces caractéristiques. Dans cet ordre d'idées, on peut également souligner qu'il n'est pas nécessaire de procéder à l'allumage de deux parties du foyer, au départ.
On peut allumer d'abord le foyer de surchauffage, ce qui protège le foyer de réchauffage, et une fois cette opération terminée, on porte concurremment le foyer de réchauffage à la température de marche dès que s'établit la circulation de vapeur vers le réchauffeur, et ensuite on allume le foyer de réchauffage.
La simplicité et l'économie de construction résultent également de l'utilisation de brûleurs orientables et d'une remise en circulation des gaz de carneau. L'allumage tangentiel est un facteur d'économie car il assure un trajet relativement long aux flammes dans des zones de faible volume du foyer, avec une surface totale d'évaporation inférieure. Grâce à l'agencement combiné d'une commande pour la température de surchauffage et pour la température de réchauffage, il devient possible de maintenir constamment la température de surchauffage et la température de réchauffage à une valeur constante comprise entre le régime maximum et un minimum aussi faible que 10% du régime nominal, ce résultat étant acquis avec une plus petite surface d'évaporation que celle qui serait nécessaire dans d'autres conditions.
De plus, grâce à cette utilisation combinée de brùleurs orientables et de la remise en circulation des gaz, que l'on peut faire jouer soit indépendamment, soit conjointement, on parvient à donner une très grande souplesse de fonctionnement à 1*'installation. Avec une quantité déterminée de surfaces d'évaporation, pour une capacité maximum déterminée et des valeurs déterminées de pression et de température, l'usage de brüleurs orientables seuls est insuffisant, sauf pour une gamme relativement réduite de conditions d'utilisation,par exemple jusqu'à 30% du régime nominal. Cela est également valable en ce qui concerne la remise en circulation des gaz.
Ainsi, pour les régimes situés entre 30% et 10% de la valeur nominale, on peut utiliser les deux caractéristiques précitées (orientabilité des brûleurs et possibilité de re-circulation des gaz). De même, pour certaines conditions particulières d'utilisation, il se peut qu'une seule de ces caractéristiques soit à préférer pour les avantages qu'elle procure. Grâce à ces deux caractéristiques et à la possibilité de pouvoir les utiliser séparément
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ou conjointement, on peut satisfaire à une gamme très étendue de condi- tions d'exploitation.
A titre d'exemple, si l'on poursuit la re-circulation des gaz au-dessous de 10% du régime nominal, on constatera une certaine bais- se dans la température de la vapeur, et cependant il sera possible d'emmaga- siner davantage de chaleur dans la turbine au moment de la couverture des feuxce qui permet de remettre l'installation en batterie au bout d'un temps relativement très court - en auelques minutesau lieu de plusieurs heures - sans aucun dommage. En outreattendu que l'orientation des brûleurs de cha- que foyer est indépendante de l'orientation des brûleurs de l'autre foyer et qu'il en est de même en ce qui concerne l'introduction des produits ga- zeux de la combustion, il est possible d'effectuer des réglages sélectifs en vue de faire face à toutes les conditions possibles d'exploitation.
Par exemple, on peut faire pivoter les brûleurs dans un seul foyer et faire re- circuler les gaz dans un seul foyer, ou bien faire pivoter les brûleurs et re-circuler les gaz dans un seul foyer, ou encore,on peut faire pivoter les brûleurs dans un foyer et re-circuler les gaz dans l'autre foyer, à moins que l'on fasse pivoter les brûleurs et re-circuler les gaz dans les deux foyerset ainsi de suite.
En ce qui concerne le rendement du cycle thermique, on constatera aisément qu'en faisant en sorte que les deux foyers soient le pendant l'un de l'autre ou à peu près, et grâce aussi à la disposition des éléments HS, CS, HS1, HS2, LS et LS' et E, E' dans leurs positions respectives, on obtient un cycle thermique extraordinairement efficace en utilisant une surface to- tale de chauffe approximativement égale et sensiblement uniforme ce qui a pour conséquence de diriger vers les appareils de chauffage de 1 air des poids sensiblement égaux de gaz à des températures sensiblement égales, dans des conditions normales de fonctionnement de l'installation. On voit par conséquent qu'il faut une quantité beaucoup moindre de la surface la plus coûteuse, c'est-à-dire celle que assure le surchauffage et le réchauffage.
Un seul tambour à vapeur et à eau suffit.
La tuyauterie est très simplifiée par rapport aux installations multiples et individuelles.
Les connexions avec les broyeurs sont beaucoup plus symétriques qu'elles ne le seraient autrement et la commande de ces broyeurs se trouve très simplifiée.
Le combustible est brûlé efficacement dans les deux foyers, l'en- semble de l'installation est économique et simple si on le compare avec d'au- tres installations actuellement en usage pour la génération de vapeur et dont les caractéristiques quantitatives et de pression, ainsi que les tempé- ratures de surchauffage et de réchauffage, sont comparables.
Par ailleurs, l'installation suivant l'invention est conçue de façon que les gaz quittent les foyers à des températures telles que l'on peut utiliser des alliages ordinaires pour constituer les surfaces de chauf- fage de la vapeur, tout en supprimant la scorification des tubes de conve- xion. Les écrans sont particulièrement utiles sous cet aspect.Les tempéra- tures-types indiquées sur les dessins, les proportions des surfaces mises en oeuvre, dans l'installation représentée, sont calculées en vue de par- venir approximativement à ces températures en marche au régime nominal.
En scindant les foyers et en séparant les courants gazeux avant leur mélange final dans le carneau, on rend possible l'utilisation efficace de l'appareillage de commande. Cet appareillage de commande n'est pas re- présenté sur les dessins, attendu qu'il ne fait pas partie de l'invention.
La disposition suivant l'invention a également pour résultat de réduire le nombre de collecteurs nécessaires et simplifie la tuyauterie.
En disposant les broyeurs sur un côté, comme le montre par exem- ple la fig. 3,on rend possible la simplification des coffres ou soutes à combustible, d'une part, et du système transporteur utilisé, d'autre part.
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Dans la variante qui fait l'objet de la fig. 9, on obtient la presque totalité des avantages énoncés ci-dessus, sauf en ce qui concerne la réduction des dimensions de la structure aérienne de support. Dans cette variante, le foyer est séparé par l'agencement d'une paroi à eau composée de tubes à eau 106 reliés de manière à être alimentés par le tambour et à fournir de la vapeur à celui-ci. De même, dans cette réalisation, les brüleurs ne peuvent être disposés aussi simplement que dans le mode préféré de réalisation qui a été décrit plus haut.
Sur la fige 9, on voit une disposition différente des brûleurs, dans laquelle les tuyères des brûleurs sont disposées en deux groupes 107' et 108, à commande séparée, espacés verticalement entre eux et dans lesquels l'admission 109 pour les gaz remis en circulation est située dans l'espace qui sépare les deux groupes de tuyères.
Sur la fig. 16, on voit une variante des passages des gaz pour laquelle les parties étranglées des deux foyers distincts ne forment qu'un seul étranglement 34a qui fait suite au surchauffeur à convexioh HS et au réchauffeur à convexion CS communs aux deux foyers ; cetétranglement est relié à des conduites de manière à aboutir dans un seul passage d'évacuation F02 commun aux deux foyers. Dans ce cas, le surchauffeur à haute température HS3 placé dans l'étranglement 34a se présente comme un ensemble unitaire qui s'étend sur toute la largeur de l'étranglement, tandis que le surchauffeur primaire IS2 à basse température occupe toute la largeur du passage d'évacuation F02. Un économiseur, également situé sur toute la largeur, est placé au-dessous du surchauffeur IS2.
Dans ce mode de réalisation l'application du mécanisme de commande est plus compliquée.
La vapeur provenant du collecteur 30 qui n'occupe qu'une seule largeur dans le foyer surchauffeur SF passe dans le' collecteur 53 de largeur double en traversant des tuyaux 52 et aboutit ensuite, par les condui- tes 55a, dans le surchauffeur LS2 à basse température; puis la vapeur parvient dans le surchauffeur HS3 à haute température, traverse le collecteur 54a à double largeur, le collecteur 54b à simple largeur en passant' par les tuyaux 54c et le surchauffeur de finissage HS à haute tempéature du foyer surchauffeur SF; ensuite, la vapeur atteint le collecteur 57 et, finalement,le collecteur de sortie 58 d'où elle est dirigée vers le premier étage de la turbine par les tuyaux 58'.
La partie CS de chauffage par convexion du foyer de réchauffage RF est branchée de la même fagon que celle décrite plus haut en se référant à la fig. 5.
Pour simplifier la description, on désigne les différentes parties HS, HS1 et HS2 par l'expression collective de surfaces de surchauffage de "finissage".Elles ne le sont cependant qu'en ce qui concerne les surfaces de surchauffage primaire LS et LSl. Alors que HS1 et HS2 sont des surfaces de surchauffage à haute température, contrairement aux surfaces primaires, elles opèrent de toute évidence à des températures inférieures à celles auxquelles opèrent les surfaces HS,HS1 et HS2 constituent en réalité des surfaces intermédiaires ou de finissage au premier degré, tandis que H2 représente les surfaces de finissage final.
Dans la construction décrite jusqu'ici, on prévoit dans les deux foyers et en amont des étranglements de ceux-ci des surfaces de chauffage par rayonnement. Dans certaines conditions, comme par exemple lorsque le charbon est d'excellente qualité et possède une teneur en cendres à point de fusion très élevé, il peut être inutile de prévoir cette surface de chauffage par rayonnement. Dans ce cas, dans le foyer de surchauffage la vapeur provenant du tambour 17 est dirigée directement vers les collecteurs 54 des éléments de surchauffage primaire et la vapeur provenant de la turbine et qui doit être réchauffée est conduite directement vers les éléments de réchauffage CS. Cette disposition est représentée schématiquement sur la fig.
20. Dans l'ensemble, cet agencement est identique à celui de la fig. 16, sauf que les éléments SH et RH ont des dimensions telles que l'on peut supprimer l'élément HS3 de la fig. 16. Dans ce cas, le surchauffeur primaire
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LS2 est suivi par des surfaces d'économiseur, et ainsi de suite, comme aupa- ravanto De préférence, la surface de l'élément de surchauffage SH est d'en- viron 10% supérieure à celle que présente l'élément réchauffeur RH.
Dans la variante,représentée schématiquement fige 21, une partie des surfaces AH de préchauffage de l'air est placée en amont de l'économi- seur E', tandis que cet économiseur est suivi d'un élément dont les surfaces assurent le préchauffage de l'air et qui est désigné en AH', L'avantage de cette disposition est qu'elle permet d'augmenter la température de préchauf- fage de l'air tout en utilisant une surface sensiblement moindre.
Bien que dans le mode préféré de réalisation de l'invention, tel qu'il a été décrit ci-dessus l'installation soit divisée en deux parties, il est entendu qu'elle peut etre divisée en un nombre supérieur de parties sans sortir du cadre de l'invention.,
De même, il est évident que, dans certains cas, les dispositifs économiseurs E et E' peuvent être remplacés par des surfaces d'évaporation de la chaudière,en tant que dispositifs équivalents.
Bien que, pour des conditions d'exploitation généralement norma- les, il soit préférable de faire circuler des poids égaux de gaz à travers les parties séparées, il peut être parfois avantageux que ces poids soient inégaux. A titre d'exemple, alors que la température de la vapeur à l'entrée du surchauffeur est, en général,toujours la même, et que cette température, dans une courbe température/charge, est représentée par une ligne droite parallèle à la base, la courbe de réchauffage de la vapeur est constituée par une ligne qui s'élève quelque peu entre les points de faible charge et de forte charge dans une telle courbe.
Par conséquent, il peut y avoir cer- taines conditions, en particulier lorsque la charge est très faible, où il est favorable que les gaz aient des poids inégaux d'une partie à l'autre de l'installation divisée suivant l'invention. Cela peut être éventuellement réalisé, soit en restituant au cycle une quantité appropriée de produits ga- zeux de la combustion à travers le foyer de réchauffage, soit en modifiant les quantités respectives de combustible à l'alimentation des foyers.
Bien que les dessins montrent la prise des gaz à restituer au cy- cle circulatoire comme étant placée en un point situé en aval des éléments économiseurs, on peut avantageusement prélever le gaz à re-circuler en un point situé entre 1'économiseur et les éléments surchauffeurs primaires. Cela diminue l'énergie nécessaire pour assurer aussi bien la circulation naturelle que la marche des ventilateurs à tirage induite De plus, cette disposition . réduit, d'une partla quantité de gaz admise à circuler à travers les élé- ments économiseur et, d'autre part, la température de sortie des gaz.
Si l'on se reporte à la fige 5, on voit que l'on peut éventuelle- ment supprimer le collecteur 49 et que les tubes 48 peuvent être associés aux tubes de l'élément CS pour aboutir finalement au collecteur 44. De même, le collecteur 57 peut être supprimé (figo 1) en faisant aboutir directement les tubes de l'élément HS dans le collecteur 58.
Il est bien entendu que si l'on n'utilise ni le surchauffeur à rayonnement, ni les surfaces de réchauffage par rayonnement, il convient de les remplacer par des surfaces d'évaporation. Le surchauffeur à rayonnement et les surfaces de réchauffage sont avantageux pour pallier aux conditions créées par les températures élevées et l'usage de combustibles de qualité inférieure, lorsqu'il est souhaitable d'avoir des températures de sortie de foyer relativement basses. Grâce à l'usage de ces surfaces de chauffage par rayonnement, convenablement réparties et calculées, on peut réaliser de plus fortes températures de vapeur et de réchauffage, et le coût est sensiblement inférieur du fait de la. diminution de la quantité de surfaces de surchauffa- ge et de réchauffage nécessaires, par rapport à la quantité qu'il faudrait autrement.