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La présente invention se rapporte à une chaudière à rayonnement à chauffage par brûleurs.
Parmi les chaudières de ce type, une forme de réalisation pratiou- lièrement avantageuse au point de vue exploitation, est celle dans laquelle les gaz de combustion de la chambre de combustion à injection tangentielle du combustible et flamme tourbillonnant autour d'un axe vertical, s'écou- lent vers le haut dans une chambre de rayonnement dont les parois, et sou- vent aussi celles du surchauffeur dit "de Schott", sont revêtues ou traversées par des tubes de vaporisation ou de surchauffe en vue de refroidir ces gaz de combustion par rayonnement de chaleur Ce typede chaudière a encore l'avan- tage d'avoir un faible encombrement de base et de ne nécessiter qu'un simple échaffaudage ou l'équivalent pour suspendre le système tubulaire et l'isoler de l'atmosphère extérieure.
On a constaté qu'il était avan- tageux de réduire vers l'axe médian de la chambre de combustion, la sortie des gaz de combustion de cette chambre qui en somme est alors étranglée ce qui diminue le rayonnement direct de la chaleur de la zone d'allumage du combustible vers la chambre de rayonnement, de sorte qu'on réalise dans la chambre de combustion une certaine accumulation de chaleur qui fa- vorise l'allumage, et dans les foyers à fusion, la fusion des résidus du combustible. Dans les foyers à injection tangentielle, cet étranglement a encore pour effet de prolonger dans la chambre de combustion le trajet sur lequel-le combustible brûle, de sorte qu'il dégage plus de chaleur dans ladite chambre, et de plus le tourbillonnement dans cette chambre fa- vorise la retenue des particules solides de combustible et,
en même temps la séparation des cendres, ou l'équivalent, et leur incorporation dans la scorie liquide.
Pour réaliser l'étranglement dans la chambre de combustion on utilisait jusqu'ici les tubes verticaux, montant de cette chambre dans cel- le de rayonnement, et on les coudait de façon à former des saillies dans la chambre de combustion. Il fallait à cet effet couder plusieurs fois ces tubes et de plus, utiliser des éléments porteurs supplémentaires pour les parties des tubes s'étendant dans la chambre de combustion, parties qui doivent aussi porter le fond de la chambre, souvent l'isolation et éventuellement les cendres et la scorie qui y sont accumulées.
La présente invention permet une importante simplification du fait que les tubes verticaux passent sans faire de coudes de la chambre de combustion dans celle de rayonnement, tandis que l'étranglement est réalisé par des groupes de tubes distincts. In n'est donc plus nécessaire de couder spécialement les tubes verticaux; ceux-ci n'ont donc plus besoin d'éléments porteurs puisqu'ils servent de tirants d'ancrage pour la chambre de com- bustion. Les groupes de tubes utilisés pour l'étranglement n'occasionnent pas de frais supplémentaires étant donné qu'on peut également les utiliser comme tubes de vaporisation, ou l'équivalente ou comme tubes de chauffe,ces derniers et ceux de vaporisation montés jusqu'ici à d'autres endroits du système de la chaudière pour absorber de la chaleur ou refroidir les gaz de combustion, peuvent alors être économisés.
Cette nouvelle forme d'exé- cution de l'étranglement présente aussi l'avantage qu'elle peut être uti- lisée de façon particulièrement simple dans les chambres de combustion habituelles à section transversale rectangulaire et complètement ouvertes dans le haut, par exemple lorsqu'il s'agit de tranformer un foyer à pous- sier de charbon en un foyer de fusion, sans qu'il soit nécessaire de mo- difier considérablement le système des tubes de vaporisation de la chau- dière dont question,
Lorsque pour le refroidissement intérieur des groupes de tu- bes de l'étranglement on prévoit suivant l'invention un courant forcé,
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on peut utiliser pour ces tubes les matériaux les plus simples comme par exemple des serpentins.
On peut les monter dans le courant de l'eau d'a- limentation vers la chaudière ou les intercaler dans le courant de vapori- sation de l'eau de la chaudière,et en cas de besoin prévoir pour eux une circulation d'eau distincte. On obtient encore des avantages-particuliers en montant les groupes de tubes de l'étranglement suivant l'invention, dans le courant de la vapeur de la chaudière, et de ce façon à les faire servir de première phase de surchauffe étant donné qu'ainsi même en cas de charges minimum de la chambre de combustion, une partieimportants de lachaleur déga- gée dans cette dernière;)sertà la surchauffedelavapeur. Comme on sait qu'un sur- chauffeur à rayonnement agit aussi pour équilibrer la caractéristique de surchauffe des chaudières à vapeur, ceci vaut également pour le surchauffeur monté à l'étranglement.
Lorsqu'on monte un étranglement dans une chaudière existante à poussier, de charbon et à chambre de combustion ouverte, il faut de toutes manières agrandir les surfaces de chauffe du surchauffeur pour réaliser des températures de surchauffe aussi élevées qu'auparavant, tandis qu'avec les tubes de l'étranglement on a déjà l'avantage que cet agrandis- sement existe et, si on le désire, on peut même augmenter la surchauffe de la vapeur.
Etant donné les avantages obtenus en utilisant des tubes de sur- chauffe de vapeur dans le passage de la chambre de combustion vers celle de rayonnement, on intercale aussi, suivant l'invention, les tubes du col de la sortie des flammes de la chambre de combustion, dans le courant de la vapeur et de préférence pour servir de première phase de surchauffe, dans les chaudières à rayonnement connues comportant des chambres de combustion formées de tubes de chaudière et exécutées sous forme de séparateurs de poussière cyclone aménagées autour d'un axe vertical, et dont les cols de sortie des gaz de combustion de la chambre de combustion, montent dans les chambres de rayonnement.
D'autre part et toujours suivant l'invention, on peut pour ces groupes particuliers de chaudières, et contrairement à leur exécution habituelle, diriger sans aucun coude les tubes-de chaudière mon- tants sous forme de tubes verticaux de la chambre de combustion dans celle de rayonnement, et l'étranglement de la chambre de combustion vers celle de rayonnement, subsistant encore en'dehors du col de sortie des flammes, et alors constitué par les tubes montés dans le courant de la vapeur. Dans ce genre de chaudières, on peut alors également supprimer les coudes habi- tuels des tubes verticaux et simplifier la suspension des groupes de tubes.
Un autre point important est qué d'une part les tubes de refroidissement du col de la sortie des flammes ne sont en somme nécessaires que pour le main- tien de ce col,leur effet de refroidissement sur la combustion et éven- tuellement sur la fusion de résidus du combustible étant plutôt préjudici- able qu'avantageux, et d'autre part que des tubes de surchauffe ne peuvent avoir qu'un effet de refroidissement moindre que des tubes de vaporisation.
En conséquence, en utilisant des tubes de surchauffe dans le col de la sor- tie des flammes au lieu des tubes à eau habituels, on favorise la combus- tion du combustible et la fusion de ses résidus.
Four ces deux groupes de chaudières on peut, suivant l'invention exécuter les groupes de tubes de l'étranglement au moyen de tubes sensible- ment horizontaux dirigés -transversalement. aux tubes verticaux, de la cham- bre de combustion ou de rayonnement, chaque groupe de ces tubes pouvant alors être dirigé devant plusieurs, éventuellement devant toutes les pa- rois latérales de la chambre de combustion. On peut alors se contenter de moins de collecteurs de raccordement, ou l'équivalent.
De plus le monta- ge des tubes peut se faire par les moyens les plus simples et, suivant l'invention, en laissant reposer sur peu de tubes montants,ou en les y sus- pendant, les groupes de tubes de l'étranglement et/ ou ceux du col de la
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sortie des flammes,ces tubes montants présentant à cet effet des coudes convenables, ou l'équivalent.
Les groupes de tubes de l'étranglement et éventuellement aussi ceux du col de 'la sortie des flammes peuvent, sui- vant l'invention, être constitués par des tubes enroulés vers le haut et le bas,
La présente invention sera décrite ci-après plus en détail et pour plusieurs formes de réalisation, avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels
La fig, 1 est une coupe verticale d'une chaudière à rayonnement,
La fig.2 est une coupe partielle suivant la fig. 1, montrant uni- quement l'étranglement dans une chaudière d'une autre forme d'exécution, la fig. 3 est une coupe horizontale par la ligne a-b de la fig.
1, la fige 4 est une coupe horizontale par la ligne c-d de la fig.
1 et la fige 5 est une coupe verticale partielle suivant la fig. 1, dans une chaudière d'une autre forme de réalisation,
Les tubes de vaporisation 1 de la chaudière à rayonnement en- tourent de toute part la chambre de combustion 2, Cette dernière est alimentée, par exemple en poussier de charbon, au moyen des tuyères d'in- jection 8 et en air de combustion par les conduits 9 montés aux quatre coins de la chambre de combustion et orientés de façon que le poussier et l'air pénètrent dans cette chambre tangentiellement à un ou plusieurs cir- cuits de combustion tournant autour de l'axe central vertical de la cham- bre.
Les gaz formés pendant la combustion quittent la chambre de combus- tion dans le haut, où ils rencontrent un surchauffeur de vapeur à rayonne- ment 4, dont les tubes forment des parois dites "de Scott", sont suspen- dus dans le courant des gaz de combustion à des intervalles d'environ 0,5 m, puis se dirigent vers leb serpentins tubulaires d'un surchauffeur de va- peur à convection 6, suspendus à des intervalles d'environ 0,1 m seulement dans le courant des gaz de combustion, après quoi ils se dirigent vers d'autres échangeurs de chaleur, non représentés dans les dessins, tels que surchauffeurs de vapeur à rayonnement, préchauffeurs d'eau d'alimenta- tion ou chauffeurs d'air, et ce avant de passer dans une cheminée, ou une installation d'aspiration puis dans l'atmosphère,
Les tubes de vaporisation partent des collecteurs inférieurs 7 et se dirigent sous forme de tubes verticaux 1 vers le corps cylindrique 10 à la chambre de vapeur duquel ils sont raccordés. Le corps cylindre 10 est exécuté sous forme de réservoir collecteur et d'alimentation dont l'eau d'alimentation et l'eau de circulation apportées par les tubes de vapori- sation sortent par les tubes descendants 17 vers les collecteurs 7. Les tubes verticaux divisés en plusieurs rangées 1" à la paroi postérieure, afin de faciliter le passage des gaz de combustion, sont suspendus dans le haut à des poutrelles 11 portées par les montants 12 de la chaudière.
Les parois 4 dites "de Schott" et les serpentins 6 du surchauffeur de vapeur sont également suspendus dans le haut, tout comme les parois iso- lanteel3 et 1 enveloppeen tôle 14 de la chaudière, de sorte que l'ensem- ble de la construction peut se dilater librement vers le baa lorsqu'il est soumis à un chauffage.
Au-dessus de l'arrivée de combustible et d'air on prévoit un étranglement 15 du courant des gaz de combustion, qui réduit le passage de ce courant de deux c8tés opposés seulement, mais avantageusement de toutes parts de la chambre de combustion. L'étranglement sépare la chambre
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de rayonnement 3, dans laquelle les gaz de combustion transmettent leur chaleur par rayonnement aux tubes verticaux. Il est constitué par deux groupes de tubes 16, raccordés au collecteur 18 devant la paroi anté- rieure de la chaudière, d'où ils passent sous l'étranglement.
Ces tubes se dirigent alors vers le milieu de la paroi postérieure, sous forme de parties de tubes 16a dont l'une passe devant la paroi latérale de gauche et l'autre devant celle de droite, le long de l'enveloppe de la partie 'conique inférieure 15'o A cet endroit les groupes de tubes sfélèvent à tra- vers la chambre 19, puis se coudent de nouveau vers le courant des gaz de combustion pour ensuite retourner vers le milieu de la paroi antérieure9 sous forme de partie-s de tubes 16b formant llenveloppe de la partie co- nique 15". Ils sont coudés ici de 1800 et dirigés à nouveau sous forme ..de parties de tubes 16c vers la paroi postérieure. Après cela ils sont cou- dés vers le haut et leurs parties 16d traversent la chambre de rayonnement
3 et la chambre 20 pour se raccorder aux serpentins 6 du surchauffeur à convection.
Comme les collecteurs 18 sont raccordés par¯ les condui- tes 31 à la chambre de vapeur du corps cylindrique 10, la vapeur pro- duite dans la chaudière sort de ce oorps 10, passe dans les collecteurs 18, les groupes de tubes 16, et les serpentins 6, puis par les raccords 21 qui peuvent être exécutés sous forme de refroidissements de vapeur,, elle arrive dans les tubes des parois dites de Schott" du surchauffeur à ra- yonnement 4, d'où enfin elle atteint la conduite d'utilisation de la va- peur 22. A des intervalles d'environ 1 m, quelques uns des tubes de vapori- sation revêtant la chambre de combustion, sont coudées vers l'intérieur et utilisés comme tubes porteurs 23 pour le montage'des groupes de tubes 16, ces tubes porteurs pouvant -entourer de part et d'autre les groupes de tu- bes par des fourches 23'.
Au lieu de la forme en double entonnoir représentée sur la fig.
1' l'étranglement peut aussi avoir la forme d'un èntonnoir simple com- me montré en coupe partielle sur la fige 2; mais qui en outre peut être constitué par des groupes de tubes 16 et des tubes porteurs 23.
Les résidus de combustible séparés dans la chambre de combustion et éventuellement fondus, sont évacués par l'ouverture 24, de préférence sans entrée d'aire et à cet effet les extrémités inférieures 1' des tubes verticaux sont coudées vers le centre de la chambre de combustion pour former un entonnoir dirigé vers le bas. Pour fondre les résidus du com- bustible, il est avantageux de revêtir d'un pisé réfractaire 25 le reve- tement tubulaire de la chambre de combustion et de la partie conique 15' ainsi que le fond de cette chambre, ce pisé limitant l'absorption de cha- leur de ces parois, ce qui augmente la température dans la chambre.
Dans la chaudière représentée sur la figo 5, la chambre de com- bustion 2 à section transversale circulaire est exécutée d'une manière analogue à un séparateur de poussière cyclone, comporte un carreau 26 pour la sortie des flammeset fonctionne suivant .le même principe que celle de la fig. 1. Dans cette chaudière, les tubes verticaux passent aussi de la chambre de combustion dans celle de rayonnement 3. L'étranglement
15 entre les deux chambres, et le carneau 26 pour la sortie des gaz,sont formés des tubes 27 raccordés en haut à leur collecteur 28. Dans la chambre de combustion, les tubes 27 sont coudés ét dirigés vers le col- lecteur 29. Ces deux collecteurs sont suspendus à des tubes descendants
17 ou à des tubes montants 1.
Tant dans la zone de l'étranglement que dans celle des coudes, les tubes 27 sont tenus ensemble par des anneaux
30. Par les conduites 28' ou 29', les tubes 27 sont raccordés au courant de la vapeur de la chaudière. Au lieu dés tubes 27 coudés vers le haut et le bas,on peut évidemment aussi utiliser dans les chaudières-cyclone pour l'étranglement et/ou pour le col de sortie des flammes uniquement des
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groupes de tubes enroulés en substance horizontalement et refroidis par la vapeur, comme ceux représentés dans la forme d'exécution de la fig.
1, et ce sans pour autant s'écarter de l'invention. Dans ce cas, on peut uti - liser des tubes de vaporisation pour monter et arrêter les tubes 27, ces tu- bes étant alors dirigés dans l'ouverture 24 ou le fond de la chambre de combustion, vers le col de sortie des flammes, d'une manière analogue) celle montrée sur la fige 2.
Bien que dans ce qui précède, l'invention a été décrite en rela- tion avec une chaudière à circulation d'eau naturelle à combustion de poussier de charbon, elle n'est nullement limitée à cette utilisation. El- le peut être utilisée avec autant de succès pour des chaudières à rayonne- ment à circulation forcée ou passage forcé. On peut aussi chauffer un autre agent dans tous une partie des tubes, par exemple de l'air comprimé, de la vapeur ou l'équivalent et comme combustible on peut utiliser de la lessive cellulosique ou un autre combustible introduit sous une forme finement divi- sée. Enfin la combustion du combustible peut se faire à une pression su- périeure à celle de l'atmosphère, et l'invention peut être utilisée avanta- geusement pour les foyers à évacuation des résidus sous forme solide ou liquide.
REVENDICATIONS.
1. - Chaudière à rayonnement, particulièrement chaudière à cir- culation naturelle à chauffage par brûleurs, notamment au poussier de charbon, avec évacuation de la scorie liquide, comportant des tuyères d'injection pour le combustible et l'air, dirigées tangentiellement à des circuits de combustion tournant autour d'un axe vertical, dans laquelle la chambre de combustion est délimitée de la chambre de rayonnement par un étranglement, ces deux chambres étant revêtues de tubes de vaporisa- tion qui, de la chambre de combustion, montent sous forme de tubes ver- ticaux dans la chambre de rayonnement, caractérisée en ce que les tubes verticaux passent de la chambre de combustion dans celle de rayonnement sans former de coudes et l'étranglement est formé par des groupes de tubes distincts.