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La présente invention se rapporte aux générateurs de vapeur et plus particulièrement, mais non exclusivement aux surchauffeurs.
On connaît des installations comprenant une chaudièro munie dur sur- chauffeur et fournissant, à la température d'environ 5000C, de la vapeur pour l'actionnement d'un turbo-alternateur. Dans ces installations, la qua- si-totalité de la vapeur fournie par la chaudière est utilisée dans le tur- bo-alternateur qui ne reçoit de vapeur d'aucune autre source. S'il arrive, par exemple par suite d'avarie électrique, que dans une installation de ce genre l'alternateur doive être mis hors circuit, il faut arrêter, et en faire autant pour la chaudière.
Aussitôt l'avarie réparée, lorsqu'on veut remettre en charge le turob-alternateur, on constate que, si l'avarie électrique a été de courte durée, la turbine reste encore à une température d'environ 500 C.
La première quantité de vapeur produite par'la chaudière après sa remise en marche ne pouvant être qu'à une température assez basse, de l'ordre de 350 C par exemple, on ne peut l'introduire directement dans la turbine, dont les aubages souffriraient de cet afflux soudain de vapeur à basse température. Il est donc important de pouvoir relever la température de la vapeur avant de l'admettre dans la -turbine.
Il est connu, pour la remise en marche des chaudières, d'on vider la vapeur enlla laissant s'échapper dans un condenseur ou dans l'atmosphère jusqu'à ce que la vapeur obtenue présente une température permettant de l'admettre sans danger dans la turbine. Ce procédé est onéreux, car il exige des organes spéciaux pour protéger le condenseur d'une chauffe excessive, et nécessite de toutes façonssla production d'une grande quantité de vapeur dont toute la chaleur doit être perdue. On a préconisé aussi, comme autre solu- tion, de faire passer, au début de la remise en marche, la vapeur de la chau- dière dans un surohauffeur extérieur, chauffé séparément.
Une autre façon, que l'on a essayé, de résoudre le problème, con- siste à installer des brûleurs à mazout supplémentaires vers la sortie, de la chambre de combustion, mais ce système n'est pas toujours applicable et oblige @t veiller que les gaz émis par ces brûleurs supplémentaires n'entrent pas directement en contact avec les tubes du surchauffeur, qu'ils pourraient détériorer rapidement par leurs rayonnement direct, attendu que pendant la durée de fonctionnement des brûleurs supplémentaires la quantité de vapeur traversant le surchauffeur est relativement faible et que sa vitesse de cir- culation dans ces tubes n'est pas très élevée.
De telles installations obli- gent par conséquent à placer les brûleurs à mazout complémentaires loin des tubes de surchàuffeur, pour éviter à ceux-ci d'être exposés au rayonnement direct,
En général, avec ce procédé , on interpose, entre les brûleurs à mazout supplémentaires et les tubes de surchauffeur, des écrans de tubes de chauffe. Ainsi, seule une partie de la chaleur fonnnie par les brûleurs supplémentaires se trouve utilisée au surchauffage, l'autre partie servant à produire un surcroît de vapeur saturée, qui peut être surchauffée.
La présente inventibn à pour but de fournir des moyens permettant d'appliquer au surchauffage existant le surcroît de chaleur nécessaire en le faisant à une température tolérable par le surchauffeur, dont les'tubes n'aient pas à subir un chauffage excessif ni l'exposition directe au rayon- nement.
Une installation pour le relèvement de la température de vapeur suivant la présente invention comprend un brûleur capable de fournir des gaz chauds à une température supérieure à celle que requiert le chauffage
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des tubes de vapeur,et des organes propres à opérer;, entre le brûleur et les tubes de vapeur, l'addition de gaz froids aux gaz de combustion chauds, afin de régler la température des gaz envoyés sur les tabès à chauffer, Un 'brûleur à mazout du type normal, recevant la quantité d'air voulue pour l'obtention d'une combustion complète, produit des gaz dont la température, de l'ordre de 1650 C, est normalement trop élevée pour être applicable di- rectement sans dommage aux tubes de surchauffeur.
Si l'on parvient, par contre, à fournir aux flux des gaz de com- bustion un apport d'air ou de gaz froid (à 40 C par exemple) en proportion égale à environ 200 % de la quantité théorique, la température du mélange obtenu (des gaz de combustion et de l'air ou du gaz froid d'apport) si situ- era aux environs de 550 C, température applicable directement et sans in- convénient aux tubes de surchauffeur que l'on ne risque plus de détériorer, Les chiffres ci-dessus ne constituent qu'un exemple.
Si des organes sont également prévus pour empêcher le rayonnement direct de la flamme du brûleur contre les tubes de surchauffeur, ceux-ci ne risquent plus du tout de subir une température excessive.
Une forme de réalisation d'une installation de générateur de va- peur conforme à l'invention ét comprenant un surchauffeur, est décrite ci- après à seul titre d'exemple.
Une chaudière tubulaire comprend une chambre de combustion tapis- sée , peu près entièrement de tubes refroidis par l'eau et chauffée à l'aide de combustible solide alimenté par stoker mécanique ou au moyen de brûleurs à gaz, à mazott ou à combustible pulvérisé, ur surchauffeur et une mince nap- pe de tube de .chauffe, ou écran de tubes interposé entre la sortie de la cham- bre de combustion et le surchauffeur par dessus lequel les gaz provenant de la chambre de combustion passent. Le surchauffeur, principalement.de type à convection, fournit la surchauffe nécessaire à la vapeur produite par la chau- dière.
Dans une telle chaudière, on a en général une caractéristique de température de vapeur ascendante, autrement dit, à 100 % de rendement, la température de vapeur pouvant être de l'ordre de 500 C, cette température peut être maintenue pour une gradation de charges atteignant, par exemple, 60 % du rendement de la chaudière, tandis qu'aux charges inférieures à 60 % la température de vapeur surchauffée diminue plus ou moins propor tionnelle- ment à la charge pour atteindre, par exemple à 10 % de rendement, la valeur de 350 C.
Pour pouvoir, aux basses charges, relever la température de va- peur et la porter artificiellement à 450 ou 50000, ou davantage, il faut disposer de moyens de chauffage supplémentaires.
Suivant une forme de réalisation de la présente invention, il est pr3vu un ou plusieurs brûleurs supplémentaires,du type indiqué utili- sant le mazout, le gaz ou le charbon pulvérisé. Chacun de ces brûleurs sup- plémentaires est logé dans une enveloppe comportant plusieurs trous, de pré- férenoe en forme de fentes. Cette enveloppe est elle-même entourée par un carter en deux parties.
La première partie de ce carter constitue une cham- bre de combustion et se trouve située dans le prolongement ou autour du brû- leur, lequel reçoit de l'air de combustion à travers les ouvertures prati- quées dans son entourage.La seconde partie du carter se trouve disposée autour d'un prolongement de la chambre de combustion, un apport d'air ou de gaz de refroidissement étant fourni, dans la cavité qui prolonge la chambre de combustion et à travers les trous qui s'y trouvent, au courant des gaz de combustion qui sortent du brûleur.
Ordinairement, le brûleur produit des gaz chauds, à la températu-
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re d'environ 1605 C, dans la chambre de combustion dans la position où la combustion est complète.
L'air ou le gaz de refroidissement abaisse la température des gaz de combustion à environ 500 C, et des moyens sont prévus pour régler le volume de l'air ou du gaz de refroidissement introduit dans l'espace compris entre la seconde partie du carter et la chambre de combustion, puis, par ses ouvertures, dans le prolongement de la chambre de combustion, prolonge-- ment qu'on pourra appeler "chambre thermo-régulatrice".
Ce gaz, refroidi à 550 C, est ensuite envoyé dans les tubes de surchauffeur ordinaires.
Pour refroidir les gaz qui sortent du brûleur, il est avantageux d'utiliser de l'air, mais on peut aussi se servir de gaz inertes ou de gaz de la chaudière après recirculation.
Un exemple de réalisation de l'invention est décrit ci-après, ré- férence étant faite aux dessins annexés, dans lesquels.. :
Fig. 1 représente, en coupe longitudinale, un brûleur suivant la présente invention ;
Fig. 2 représente, en coupe verticale, une partie d'une chaudiè- re tubulaire comportait un brûleur suivant l'invention.
Se référant à la Fig. 1,le brûleur comprend une tuyère à mazout
1 alimentée par l'entremise d'une tubulure 1A. La tuyère 1 se situe à l'inté- rieur d'une chambre de combustion tubulaire 2, au sommet d'un élément conique 3'pourvu d'ouvertures non représentées, et la paroi de la chambre de combus- tion 2 comporte des perforations 4 et 5 situées respectivement en arrière et en avant dudit élément 3. La chambre de combustion 2 est entourée d'un car- ter annulaire 6 muni d'une ouverture 7 d'admission d'air de combustion.
Le carter 6 est muni intérieurement d'une chicane annulaire 8 qui, partant de l'arrière du carter, s'étend jusqu'à peu de distance de son extrémité avant, ce qui oblige l'air, pénétrant sous pression par l'ouverture 7, à suivre un itinéraire tortueux dans le carter 6 avant de parvenir dans la chambre de combustion 2 par ses orifices 4 ou 5.
La chambre de combustion 2 comporte un prolongement 9 qui s'évase à son extrémité 10. Ce prolongement 9 présente un grand nombre d'orifices 11 et se trouve entouré par un carter annulaire 12 portant sur le côté une entrée 13 d'air ou de gaz "thermo-régulateur" sous pression, ainsi qu'on le verra dans la suite. Une chicane 14 est prévue non loin de l'orifice 13 d'ad- mission, pour faire circuler à travers le carter 12 l'air ou le gaz "thermo- régulateur",
En fonctionnement, le mazout sous pression, pulvérisé très fine- ment dans la tuyère 1, est mélangé d'air de combustion dans la chambre de combustion 2 où il brûle avec une flamme indiquée en 15.
La sortie 16 de la flamme 15 offre en général une température de l'ordre de 1650 C, et un flux de gaz chaud s'écoule au déhors de la chambre de combustion 2, à travers le prolongement 9 de la chambre de combustion 2.
Un envoi d'air ou autre gaz non combustible "thermo-régulateur" est pompé dans le carter 12 et, par les orifices 11, se même au flux des gaz de combustion, de sorte que, quand le mélange atteint l'orifice de sortie 10, sa température se trouve ramenée aux environs de 550 C. On comprend ai- sément que le volume du mélange gazeux, à la sortie 10 de l'appareil, est très supérieur à celui des gaz au sortir de la chambre de combustion 2, et qu'il est possible de régler exactement la température du mélange à la sortie 10, en faisant varier le volume de l'air ou du gaz "thermo-régulateur" pom- pé dans le carter 12.
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La Fig. 2 illustre une forme d'application de l'invention à une chaudière tubulaire. La partie supérieure de la chaudière est du type connu, comprenant une chambre de combustion 17 entourée de parois à circulation d'eau 18, dans une enveloppe à isolation thermique 19. Une calandre d'eau et de vapeur 20 est placée au-dessus de la chambre de combustion, et reliée aux extrémités supérieures de nappes de tubes producteurs de vapeur, désignés de façon générale par la référence numérique 21, et dont l'extrémité inférieure se raccorde à un collecteur inférieur, qui n'est pas représenté. Les nappes 21 des tubes producteurs de vapeur se placent en travers d'un orifice 22 de la chambre de combustion 17, les gaz de combustion, par cet orifice, passant sur des nappes de tubes de surchauffeur indiqués en 23 avant de quitter la chaudière.
Comme on l'a dit, la chaudière représentée schématiquement sur la Fig. 2 est d'un type connu, et peut par exemple comporter différentes dispositions de tubes producteurs de vapeur et comprendre aussi des tubes économiseurs, de façon en soi connue.
Un brûleur suivant la présente invention, indiqué en 24, est dis- posé à l'extérieur de la chaudière, et conçu pour fournir directement aux tubes de surchauffeur 23 des gaz chauds non lumineux. A leur sortie du brû- leur, ces gaz parviennent, par un conduit 25, aux injecteurs 26 situés jus- te au-dessus des tubes de surchauffeurs 23.
On voit donc que, si l'on éteint les feux principaux de la chau- dière, dans la chambre de combustion 17, par suite d'avarie électrique à l'alternateur avec perte de charge consécutive de l'installation, on peut, apr'ès réparation , mettre en marche les brûleurs de surchauffage supplémen- taires 24 afin de surchauffer la vapeur, ce qui permet d'obtenir rapidement la remise en service de la chaudière.
On peut également se servir du ou des brûleurs 24 de surchauffage que l'on vient de décrire, quand on remet en marche une chaudière après une période d'arrêt ou de cessation de la production, atteignant au total 14 heu- res environ, afin d'élever temporairement la température de vapeur à un degré de surchauffe plus élevé qu'en période normale de basse charge. Ceci vaut pour les installations "par unité" comprenant une seule chaudière accouplée à un seul turbo-alternateur, ou pour les installations "en batterie" où deux ou plusieurs chaudières desservent un ou plusieurs turbo-alternateurs. Dans ces cas, par exemple, on peut, après avoir éteint pour la nuite une des chau- dières, avoir à la remettre en charge, à partir d'une production zéro, après une période d'arrêt de 14 heures, par exemple.
Une fois la chaudière mise en charge, sa production de vapeur étant encore faible et basse sa température de vapeur, on peut à ces températures recourir aux brûleurs de surchauffage supplémentaires et porter la température de vapeur au niveau désiré, que nécessite la sécurité du ou des alternateurs.
Des brûleurs de sur chauffage 24, tels qu'on vient de les'décrire peuvent servir aussi à maintenir une température de vapeur plus élevée que celle normalement fournie par la chaudière.
S'il y a lieu, la chambre de combustion 17 des brûleurs 24 peut être refroidie à l'eau ou par une partie de l'air ou du gaz de refroidisse- ment pompé dans le carter 12.
Il va sans dire que les brûleurs de surchauffage supplémentaires dont la description précède peuvent être aisément installés sur une chaudiè- re déjà existante.
En outre, ces brûleurs peuvent être conçus pour chauffer la va- peur lors de son passage entre la chaudière et sa destination d'emploi, au- trement dit peuvent servir à chauffer la vapeur dans un surchauffeur séparé
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ou complémentaire qui peut être situé loin de la. chaudière.
On comprend également que l'invention peut s'appliquer à d'autres parties d'un générateur de vapeur que le surchauffeur, et par exemple à un réchauffeur de vapeur.