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PERFECTIONNEMENTS RELATIFS AUX FOYERS DE CHAUDIERES.
Des ennuis considérables ont été éprouvés dans des installations de chaudières chargées mécaniquement par suite de la formation de SO3 pro- venant de l'oxydation du soufre contenu dans le combustible. L'acide ré- sultant de la combinaison d'oxydes de soufre avec la vapeur inévitablement présente dans le gaz de fumée cause le plus d'ennuis là où il tend à se condenser sur les surfaces de chauffage de l'étage final d'une installation de chaudière, particulièrement sur des préchauffeurs d'air qui, par néces- sité, fonctionnent à des températures relativement basses de façon à reti- rer le maximum de la chaleur restante des gaz quittant le .système afin de la rendre à l'air entrant pour la combustion.
Ces dépôts d'acide sont par- ticulièrement gênants dans les installations modernes, telles que des cen- trales électriques, où l'on cherche à augmenter le rendement thermique en réduisant les températures de sortie des gaz de fumée au moyen d'économiseurs et de réchauffeurs d'air.
Le nettoyage et/ou le remplacement de surfaces qui ont été atta- quées' par des dépôts d'acide condensé résultant de cette basse température de sortie des gaz est une opération coûteuse et qui entraine un arrêt pé- riodique avec des conséquences sérieuses, de la chaudière principale pour le remplacement de ces sections de l'installation. Comme autre solution, une partie du rendement thermique doit être sacrifiée pour permettre une plus forte température de sortie des gaz
L'on s'est rendu compte que la présence de particules de carbone finement divisées dans les gaz de foyer tend à empêcher l'oxydation du soufre contenu dans le combustible en SO et à abaisser le point de condensation d'acide des gaz.
Les recherches ce sujet ont jusqu'à présent été effectuées suivant des principes théoriques seulement et les connaissances
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qui en ont été retirées n'ont pas été appliquées au point de vue commercial et pratique. La présente invention a pour but de procurer un nuage de car- bone finement divisé, tiré d'une alimentation auxiliaire ou d'une matière organique dénommée ci-après "inhibiteur", au-dessus du lit de combustible dans un foyer de chaudière au charbon, en des régions déterminées où il sera efficace pour empêcher l'oxydation du soufre du combustible en SO3.
L'invention, en conséquence, procure une méthode de chauffe d' une chaudière comprenant la formation à l'intérieur de la chaudière, par injection dans la chaudière d'un inhibiteur organique, d'un nuage de parti- cules de carbone et l'empêchement par conséquent de l'oxydation du soufre contenu, dans le combustible en SO3.
L'invention, par conséquent, procure une méthode pour empêcher, dans les foyers de chaudières au charbon, l'oxydation de soufre contenu dans le combustible en SO3, comprenant la formation, par injection dans le foyer d'un inhibiteur organique, d'un nuage de particules de carbone au- dessus du lit de combustible dans une zone où la fumée ne se forme pas pendant la chauffe normale du foyer.
Dans les chaudières équipées de foyers à grille mobile ou à chaîne, la combustion du charbon a lieu en deux temps. Pendant le premier temps, ou temps de distillation, la matière volatile contenue dans le char- bon est distillée et enflammée principalement sur la partie frontale de la grille, et pendant le second temps, ou temps de combustion, a lieu la combustion du coke résiduel. Pendant la période de distillation, la flamme est lumineuse et contient de la suie, et il y a probablement assez de char- bon finement divisé dans les gaz, dans le lit de combustible et au-dessus de celui-ci, pour réaliser un degré important d'empêchement naturel de forma- tion de SO3.
Il y a, toutefois, trop peu de fumée dans la partie du combustible, ou au-dessus de celle-ci, subissant la période finale de combustion principalement en tant que coke débarrassé des matières volatiles, incapa- ble de produire lui-même de la fumée. Ce combustible est à une plus haute température que celui subissant la distillation et c'est ici que les con- ditions favorisent particulièrement la formation de SO3.
Suivant l'invention, l'on projette dans une chaudière chargée mécaniquement, un inhibiteur, pour empêcher la formation de SO3, à l'aide d'un injecteur prévu pour fournir ledit inhibiteur de façon à former un nuage de particules de carbone au-dessus de la partie du lit de combustible où il ne se forme pas de fumée pendant le fonctionnement normal du foyer.
Dans le cas d'une chaudière équipée d'un foyer à grille mobile ou à chaîne, ou de foyers à cornues, le combustible à la partie frontale de la grille subit une distillation et perd ses composants volatils, avec par conséquent un dégagement de particules de charbon dans les gaz ainsi dégagés, et le combustible à l'arrière de la grille est pratiquement du coke résiduel. L'on prévoit par conséquent l'injecteur ou les injecteurs de fa- çon à ce qu'ils produisent un nuage de particules de carbone immédiatement au-dessus de la surface du combustible ou sur celle-ci, à l'arrière de la grille. De même, dans le cas d'une chaudière à foyer chargé par en dessous l'injecteur ou les injecteurs sont prévus pour produire un nuage de particu- les de carbone dans la zone de la périphérie de la grille.
L'inhibiteur peut être amené à l'injecteur soit sous forme solide finement divisée, soit sous forme liquide, et l'on préfère utiliser des com- bustibles bitumineux ou liquides dérivés de la distillation du goudron de houille, par exemple ceux connus commercialement sous les dénominations GTF 200, CTF 100 et CTF 50, bien que du mazout ou de la poussière de char- bon puissent être utilisés avantageusement à leur place. Les indices mumé- riques des combustibles de goudron de charbon mentionnés ci-dessus indiquent la température, en degré Fahrenheit, à laquelle le combustible en question est à l'état convenable pour être atomisé.
Ces combustibles sont complète- ment décrits dans l'ouvrage "Coal Tar Fuels" publié par l'"Association of Tar Distillers" en août 1944, GTF 50 et CTF 100 étant des créosotes et CTF
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200 un produit de viscosité quelque peu plus élevée.
Bien que divers inhibiteurs aient été essayés, en mesurant le point de condensation des gaz de fumée, il a été trouvé, que la chaudière soit chauffée au moyen d'un chargeur mécanique ou avec de l'huile ou du charbon pulvérisé, que l'empêchement le plus efficace est réalisé quand un inhibiteur à fort contenu aromatique est utilisé.
Dans une chaudière chauffée à l'huile, l'huile fournie par chaque brûleur brûle en une zone de combustion en forme de boule s'étendant depuis l'ajutage du brûleur et disposée en dessous des tubes de chaudière, et 1' on préfère prévoir la formation d'un nuage de particules de carbone à 1' intérieur de chacune de ces zones de combustion.
Dans le cas d'une chaudière chauffée à l'huile, l'on peut utiliser comme inhibiteur une alimentation en mazout tirée de l'alimentation principale en combustible de la chaudière. Dans ce cas, il peut être prévu d'enrichir l'inhibiteur avec un métal ou composé métallique inhibiteur convenable par exemple l'oxyde de zinc, l'acétate de zinc ou un composé de magnésium, sur son trajet depuis l'alimentation principale en combustible jusqu% l'injecteur à travers lequel il est projeté dans le foyer.
L'on se rendra compte qu'un ou plusieurs injecteurs peuvent être prévus dans le foyer et que ces injecteurs seront placés en certains points dans les parois du foyer, soit au-dessus, au dos, sur le devant ou sur les côtés suivant ce qui est le plus commode eu égard à la nature de l'installation à laquelle sont appliqués les injecteurs.
Quelques réalisations pratiques de l'invention seront maintenant décrites en détail, comme exemples, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
Les figures 1, 2 et 3 sont respectivement des vues schématiques en élévation et en coupe de trois types différents de chaudières chargées mécaniquement, à tubes d'eau, suivant l'invention.
Les figures 4 et 5 sont des vues représentant différents types d'injecteur.
Des indices de référence semblables ont été donnés aux pièces semblables dans toutes les figures.
Sur chacune des figures 1 à 3, la chaudière est représentée munie d'un foyer avec grille à chaîne 10 et les gaz de combustion passent à travers les tubes de chaudière 11, ainsi qu'il est indiqué par les flèches. Dans chaque cas, le foyer de chaudière est muni d'un injecteur 12 prévu pour projeter un inhibiteur de façon à produire un nuage 13 de particules de carbone au-dessus du lit de combustible à l'arrière de la grille 10. Dans le cas de la figure 1, l'injecteur 12 est installé dans la paroi frontale 14 du foyer, à la figure 2 il est installé dans la paroi arrière 15 et à la figure 3 il est installé dans la paroi latérale 16.
L'injecteur 12, ou les injecteurs, quand il en est prévu plus d' un, doivent être d'une nature telle que l'inhibiteur peut être projeté à une vitesse suffisante pour assurer qu'il atteindra, sans combustion com- Piète, la zone dans laquelle le nuage 13 de particules de carbone finement divisées doit être produit, Il est par conséquent nécessaire :
1 - de projeter l'inhibiteur à une vitesse suffisante pour atteindre l'objectif et
2 - d'empêcher ou retarder sa combustion jusqu'à ce qu'il ait eu le temps d'atteindre le point où il est nécessaire de former le nuage de fumée.
Il y a normalement suffisamment d'air dans le foyer pour permettre la combustion complète de l'inhibiteur, de sorte qu'il ne faut pas fournir d'air à l'injecteur. Au contraire, afin d'empêcher la combustion prématurée
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de l'inhibiteur, l'on préfère prévoir que le jet ou le faisceau d'inhibi- teur fourni par l'injecteur 12 soit entouré par une enveloppe de vapeur, de gaz de fumée ou de gaz inerte, ou un mélange de deux ou plusieurs de ces derniers, et à cette fin l'on peut utiliser un injecteur du type représenté à la figure 4. Dans ce cas, l'inhibiteur, sous forme liquide ou solide fi- nement divisée, est amené sous pression le long d'un tube central 17 dans le sens de la flèche,tandis que les gaz de fumée, la vapeur ou un gaz inerte,
sont amenés à circuler à travers une troupe de venturi 18 entourant le tube 17.
L'autre forme d'injecteur, représentée à la figure 5, comprend un tube 19, à travers lequel l'inhibiteur circule dans le sens de la flè- che, muni d'un gicleur de venturi 20 à son embouchure. Quand l'inhibiteur ne doit parcourir qu'une faible distance pour atteindre la zone dans laquel- le le nuage de particules de carbone doit être formé.. l'injecteur représenté à la figure 5 peut être utilisé tel quel. Dans le cas d'une plus grande por- tée, toutefois, le tube 19 devrait être entouré par un tube extérieur à tra- vers lequel le gaz de fumée, la vapeur ou un gaz inerte passe afin de former une enveloppe retardant la combustion et entourant le jet ou le faisceau d' inhibiteur projeté de l'ajutage ou du gicleur.
L'inhibiteur ne devrait pas être projeté en vapeur trop fine, étant donné que ceci pourrait amener sa combustion complète avant qu'il n'atteigne son objectif. Il ne doit pas non plus être projeté sous la forme d'un fais- ceau trop épais, étant donné qu'il pourrait alors aller trop loin et ne pas former un nuage de fumée là où c'est nécessaire.
L'expression "particules de carbone", utilisée dans le présent texte et dans les revendications ci-après, ne doit pas être considérée comme limitée aux particules de carbone élémentaire, mais elle comprend des par- ticules de matières à poids moléculaire inférieur à celui de l'inhibiteur et produites par "cracking" à partir de l'inhibiteur.
Ainsi qu'il sera évident d'après la proposition ci-dessus d'in- troduire,dans une circulation d'huile dérivée de l'alimentation principale en huile, un composé inhibiteur tel que l'oxyde de zinc, l'invention envisa- ge l'utilisation d'un combustible liquide, qui peut par lui-même être un in- hibiteur à un plus ou moins haut degré, comme agent pour transporter un autre inhibiteur plus actif, sout en suspension colloïdale, soit en solution, afin de faciliter son arrivée sous forme concentrée au point où le nuage de fumée doit être produit. De petites quantités d'inhibiteurs solides ou liquides sont difficiles à projeter de façon à atteindre le point d'efficacité maxi- mum sans une certaine perte, particulièrement sous des conditions de haute température du foyer.,
REVENDICATIONS.
1. Méthode pour empêcher, dans des foyers de chaudières chauffées au charbon, l'oxydation de soufre contenu dans le combustible en SO , caractérisée en ce qu'elle comprend la formation, par projection dans le foyer d' un inhibiteur organique, d'un nuage de particules de carbone au-dessus du lit de combustible en une zone où il n'y a pas formation de fumée pendant la chauffe normale du foyer.
2. Méthode pour empêcher, dans des foyers de chaudières chauffées au charbon ayant une grille mobile ou à chaîne, ou un foyer à cornues, l'oxy- dation du soufre contenu dans le combustible en SO3, caractérisée en ce qu' elle comprend la formation, par projection dans le foyer d'un inhibiteur or- ganique, d'un nuage de particules de carbone au-dessus du lit de combustible à l'extrémité arrière de la grille.
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