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Cette invention se rapporte aux groupes générateurs et surchauf- feurs de vapeur du type tubulaire et aux procédés pour la conduite de ces groupes et elle concerne particulièrement les groupes générateurs et sur- chauffeurs de vapeur tubulaires du genre comprenant une section de production de vapeur par rayonnement avec chambre de combustion pourvue de tubes de parois vaporisants, une section de chauffage par convection comprenant des dispositifs de surchauffe et un système de remise en circulation ou de re- cyclage des gaz, pour ramener à la section de production de vapeur par rayonnement les gaz refroidis par leur contact avec les surfaces d'échan- ge de chaleur par convection.
Un tel groupe est représenté dans le brevet belge n .513.646 de la Demanderesse, qui décrit un groupe possédant une chambre de combustion pourvue de tubes de parois vaporisants et présentant un fond en forme de trémie et une sortie des gaz allant d'une région supé- rieure de la chambre de combustion à un parcours de gaz contenant un dis- positif de surchauffe par convection, un dispositif de chauffe à combusti- ble fluide, agencé pour débiter d'une paroi de chauffe de la chambre de combustion dans une région de celle-ci située au-dessus du fond en trémie et un système de recyclage aménagé pour remettre en circulation au fond en trémie les gaz refroidis par leur contact avec les surfaces d'échange de chaleur par convection.
Dans un tel groupe, la température finale de sur- chauffe peut être contrôlée sur une gamme de charge étendue par le régla- ge de la vitesse de recyclage des gaz. Comme l'action régulatrice des gaz de recyclage sur la température de surchauffe dépend en partie de l'effet de recouvrement que les gaz exercent par rapport aux surfaces vaporisantes de la chambre de combustion, il est désirable d'éviter un mélange rapide des gaz de recyclage avec l'air et le combustible et les produits frais de la combustion.
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Une difficulté qu'on rencontre dans la conduite d'un groupe géné- rateur et surchauffeur de vapeur possédant un système de remise en circu- lation dans la section de production de vapeur par rayonnement du groupe des gaz refroidis par contact avec les surfaces d'échange de chaleur par convection, est que quand le système ne fonctionne pas, un courant de sens inverse est susceptible de se produire dans le système des gaz chauds de la combustion. En dehors de la réduction du rendement thermique qui en ré- sulte, le courant en sens inverse est susceptible de provoquer une sur- chauffe du matériel et des détériorations.
La présente invention concerne un groupe générateur et surchauffeur de vapeur tubulaire qui possède une chambre de combustion pourvue de tubes de parois vaporisants et présentant un fond en forme de trémie et une sortie des gaz allant d'une région supérieure de la chambre à un parcours de gaz contenant un dispositif de surchauffe par convection, un dispositif de chauf- fage à combustible fluide, agencé pour débiter depuis une paroi de chauffe de la chambre de combustion dans une région de celle-ci située au-dessus du fond en trémie, et un système de recyclage de gaz susceptible de remettre en circulation dans le fond en trémie les gaz refroidis au contact des sur- faces d'échange de chaleur par convection,
le groupe générateur surchauf- feur de vapeur étant caractérisé en ce que la paroi de chauffe se trouve à une extrémité du fond en trémie et que le système de recyclage des gaz est aménagé pour décharger les gaz remis en circuit par la paroi de la cham- bre de combustion située à l'extrémité opposée de ce fond en trémie et dans une région de cette chambre au-dessous du dispositif de chauffe.
Dans une forme d'exécution préférée, le dispositif de chauffe com- prend une série de rangées horizontales de brûleurs, espacées verticalement le chauffage par les brûleurs des différentes rangées étant réglable séparé- ment.
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L'invention comprend le procédé pour conduire cette forme d'exé- cution où les brûleurs de différentes rangées sont actionnés simultanément pour répondre à une forte demande en vapeur, tandis que quand la demande de vapeur diminue le fonctionnement d'une rangée inférieure de brûleurs est interrompu et en même temps des gaz remis en circulation sont projetés dans la chambre de combustion dans une direction opposée à celle de la projection de combustible et d'air par les brûleurs restant en activité, le chauffage et le recyclage de gaz étant coordonnés corrélativement pour assurer la production désirée et une température de vapeur finale prédé- terminée.
L'invention concerne aussi le mode opératoire de cette forme d' exécution où, sur toute une gamme de charges, les gaz de recyclage sont projetés à une vitesse variable, pour obtenir une température de vapeur finale prédéterminée, à l'intérieur de la chambre de combustion dans le sens opposé à celui de la projection de gaz et d'air et où., dans le cas d'une forte demande de vapeur, cette demande est satisfaite par la projec- tion du combustible dans une zone à un niveau moyen intermédiaire de la hauteur de la chambre de combustion, tandis que dans le cas d'une moindre demande de vapeur, la demande est satisfaite par l'admission du combusti- ble à une vitesse inférieure et par la projection du combustible dans une zone dont le niveau moyen est plus élevé que le niveau moyen de la zone correspondant à la forte demande.
L'invention concerne en outre le mode opératoire de cette forme d'exécution où. les brûleurs de différentes rangées sont actionnés simulta- nément pour répondre à une demande de vapeur tandis que quand la demande diminue le degré de consommation du combustible par les brûleurs d'une ran- gée inférieure de brûleurs en activité est réduit en même temps que, pour obtenir une température finale prédéterminée de la vapeur, les gaz remis en circulation sont projectés à l'intérieur de la chambre de combustion à une allure accrue et dans un sens opposés à celui de la projection de com- bustible et d'air.
L'invention concerne encore un groupe générateur et surchauffeur de vapeur tubulaire possédant une section de production de vapeur par rayonnement comprenant une chambre de combustion à tubes de parois vapori- sants, une section de chauffage par convection comprenant un dispositif de surchauffe et un système de recyclage des gaz comprenant une soufflerie de recyclage pour ramener dans la section de production de vapeur par rayonnement les gaz refroidis par leur contact avec les surfaces d'échange de chaleur par convection, le groupe étant caractérisé en ce que la canali- sation du système de recyclage des gaz est pourvue de dispositifs tels que registres papillons et que des dispositions sont prises pour empêcher que lorsque les registres sont fermés,
la canalisation ne soit parcourue par les gaz de combustion chauds en maintenant un courant de fluide gazeux relativement froid de la canalisation vers la chambre de combustion.
L'invention sera décrite ei-après à titre d'exemple, avec réfé- rence aux dessins partiellement schématiques annexés dans lesquels: Fig.l est une vue en élévation de côté et en coupe verticale d'un groupe générateur et surchauffeur de vapeur tubulaire, à haute pression et de grande capacité susceptible de produire de la vapeur à haute température et hautre pression;
Fig. 2 est une vue en élévation de face partiellement en coupe suivant la ligne 2-2 de la Fig.1;
Fig. 3 est une vue partielle en coupe horizontale suivant la ligne
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3-3 de la Figol;
Figo 4 est une coupe horizontale, suivant la ligne 4-4 de la figo
2, montrant un système de conduit construit à proximité des lumières par lesquelles les gaz remis en circulation pénètrent dans la chambre de combus- tion;
Fig. 5 est une vue partielle en coupe verticale longitudinale d' une chambre de combustion divisée où les lumières pour l'entrée des gaz de recyclage dans la chambre de combustion s'étendent pratiquement sur toute la largeur de la paroi arrière de la chambre de combustion, et
Figo 6 est une coupe horizontale suivant la ligne 6-6 de la fig.
5, montrant un système de conduits pour le passage des gaz remis en circuit vers la chambre de combustion.
Sur la Figo 1 la chambre de combustion 10 possède une paroi avant
12 comprenant des tubes vaporisants 14 partant d'un collecteur inférieur
16 pour se rendre au-delà des trois rangées horizontales de brûleurs 18,
19 et 20, à un corps cylindrique de vapeur et d'eau 22. Sur la paroi oppo- sée 28 de la chambre de combustion, des tubes vaporisants partant d'un col- lecteur 26 s'élèvent le long de la paroi jusqu'à un arc 30, dans la paroi inférieure duquel un certain nombre de tubes s'étendent jusqu'à la pointe de l'arc. De la pointe de l'arc 30 quelques uns des tubes 24 s'élèvent, en faisant fonction de tubes d'écran 32, en travers de la sortie des gaz de la chambre de combustion jusqu'au ciel 34 de celle-cio Ces tubes longent alors le ciel et sont reliés au corps cylindrique 22 par des sections de raccordement 36.
D'autres tubes du faisceau vaporisant 24 comprennent des sections 38 disposées le long de la partie inférieure du parcours de gaz 40 du surchauffeur et à la sortie de ce parcours de gaz ces tubes s'éten- dent verticalement.
De la sortie 42 du parcours de gaz 40 les tubes s'étendent le long des parties 50 et 34 du ciel jusqu'à des sections de raccordement avec le corps cylindrique 22. A cette sortie, certains des tubes vaporisants sont déportés par rapport à leur formation en paroi verticale, comme c'est indiqué en 44 pour former un écran tubulaire au travers duquel les gaz de combustion passent dans un tournant 46 au sommet d'un parcours de gaz des- cendant 480 D'autres tubes du faisceau vaporisant de la paroi 28 sont rac- oordés par leurs extrémités supérieures à un collecteur intermédiaire 52 d'où d'autres tubes de paroi 54 sont reliés au-delà de la sortie 42 du parcours de gaz à surchauffeur,
à un collecteur supérieur 54 relié au corps cylindrique 22 par des ciroulateurs 56 et 58 pour le passage des mélanges de vapeur et d'eau.
La chambre de combustion 10 est divisée en deux parties par une cloison séparatrice 60 formée par des tubes vaporisants partant verticale- ment des collecteurs 62 et 64 et reliés au corps cylindrique 22 par des collecteurs et des tubes appropriés. Comme c'est représenté sur la Fig. 2, les parties inférieures des tubes reliés aux collecteurs 62 et 64 sont in- clinées respectivement le long des parois 86' et 72'des fonds en forme de trémies.
Dans la partie supérieure de la chambre de combustion quelques uns des tubes de la cloison séparatrice 60 comprennent des sections 66 déportées vers la droite par rapport à la cloison, comme c'est représenté, et d'autres tubes comprennent des sections 68 déportées vers la gauche, comme c'est représenté, en vue d'égaliser la pression en établissant une communication pour les gaz entre les deux parties de la chambre de combus- tiono D'autres tubes vaporisants 70 s'étendent du oollecteur 64, le long de la paroi inclinée 72 du fond en trémie et ensuite de bas en haut le long
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de la paroi 74 à un collecteur supérieur de paroi latérale tel que celui in- diqué en 76, Fig.1.
Ce collecteur se trouve en communication avec le corps cylindrique 22 par des circulateurs 780 D'une manière semblable, d'autres tubes vaporisants 80 partant du collecteur 62 comprennent des sections infé- rieures 84 inclinées le long de la paroi 86 du fond en tremies et des sec- tions s'étendant le long de la paroi 82 de la chambre de combustion jusqu'à un collecteur supérieur de paroi latérale relié par des circulateurs au corps cylindrique 22.
Des prises 90 et 92 pour l'écoulement de la vapeur de la cham- bre de vapeur du corps cylindrique 22 s'étendent de celui-ci le long du ciel 94 du gros-oeuvre à un collecteur 96 d'où des tubes d'admission 98 du surchauffeur se dirigent vers la droite et ensuite de haut en bas le long d'une partie 100 de la, paroi et do parties successives 102 et 104 de la paroi pour se rendre à un collecteur d'entrée 106 de réchauffeur. D'autres tubes d'admission de surchauffeur 110, partant du collecteur 96, se diri- gent immédiatement de haut en bas et ensuite en travers du ciel 112 au- dessus du tournant des gaz 46, puis de haut en bas le long des parties 102 et 104 de la paroi, pour se raccorder au collecteur d'entrée 106 du sur- chauffeur.
De ce collecteur 106 les tubes de surchauffeur 112 sont dirigés de bas en haut le long de la partie 104 de la paroi et ensuite dans les faisceaux de tubes en épingles à cheveux 114, 115 et 116 d'un surchauffeur primaire. Le dernier de ces faisceaux de tubes est raccordé par des tubes de sortie 118 à un collecteur 120 qui est relié par l'intermédiaire d'un régulateur modérateur de température de vapeur 122 à un collecteur d'entrée 124 d'un surchauffeur secondaire 1260 Ce dernier est représenté comme étant constitué de tubes verticaux en épingles à cheveux dont les extrémités de sortie sont reliées à un collecteur 130 d'où la vapeur, à la température finale, peut être envoyée à un point d'utilisation.
Au-dessous du surchauffeur primaire, dans le parcours de gaz 48, se trouve un économiseur comprenant des faisceaux tubulaires 132, 133 et 134. L'eau d'alimentation peut être envoyée par des dispositifs appropriés dans le collecteur d'entrée 136 de l'économiseur et l'eau d'alimentation ré- chauffée se rend du collecteur de sortie 138 de l'économiseur, par des con- nexions appropriées aux corps cylindrique 220
Les gaz de chauffe, après avoir passé de la chambre de combustion 10 sur le surchauffeur secondaire 126 dans le parcours 40 et sur les fais- ceaux 116, 115 et 114 du surchauffeur primaire et sur les faisceaux tubu- laires 132, 133 et 134 de l'économiseur dans le parcours descendant 48,
se rendent par un conduit 140 dans un réchauffeur d'air (non représenté @ Du conduit 140 un conduit 142 pourvu de registres papillons 143 est destiné à conduire une partie des gaz partiellement refroidis à l'entrée d'une soufflerie 144 dont la sortie st reliée à la canalisation 146 qui communi- que avec des ouvertures 148, représentées sur la fig.2, pour introduire des gaz remis en circuit dans les zones inférieures des deux parties de la chambre de combustion.
De préférence, le débit des gaz de recyclage dans les sections 142, 144, 146 et 148 est réglé par des dispositifs de réglage appropriés pour régler la vitesse de la soufflerie et/ou des dispositifs d'étranglement de l'écoulement, agissant en fonction de variables sélection- nées, par exemple, la température de la vapeur au collecteur de sortie ou au-delà du collecteur de sortie 130 du surchauffeur et l'allure de la pro- duction de vapeur.
Ces dispositifs de réglage sont agencés de telle façon que lorsque le degré de production de vapeur tombe par suite d'une diminu- tion de la demande, la vitesse de circulation des gaz de recyclage dans la chambre de combustion augmente dans une mesure suffisante pour maintenir une température finale prédéterminée de la vapeur surchaufféeo Une valve telle que le registre papillon 145 à 1 intérieur de la canalisation 146
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peut être réglée automatiquement en fonction des variables adéquates.
Figo 3 montre un certain nombre de tubes vaporisants 24 recourbés de façon à être déportés vers l'extérieur de la chambre de combustion dans une ouverture 148 pour former des vides entre les tubes en vue de permettre le passage des gaz recyclés. Comme c'est représenté, les sections de tubes
24a, 24b, 24c et 24d sont recourbés vers l'extérieur de manière à ménager des espaces libres entre les tubes adjacents, tels que 24e et 24f pour le passage des gazo Le courant de gaz, par exemple entre les sections de tubes
24e et 24f est divisé par la partie déportée 24a de façon à former deux ou- vertures 149 pour le passage des gazo Pour que les gaz recyclés puissent prendre la vitesse désirée et pour qu'ils puissent être convenablement ré- partis en travers de la chambre de combustion,
quelques unes des ouvertures ménagées entre les tubes, telles que 24f et 24g, sont fermées par des pla- ques de cloisonnage planes 151 et 153 soudées aux tubes 24f et 24g. Comme c'est représenté, les espaces sont en ordre alterné fermé au moins partiel- lement par ces plaques de cloisonnage. La disposition et l'étendue de ce cloisonnage sont déterminées par la répartition et la vitesse désirées des gaz recyclés déchargés dans les ouvertures 1480 La construction pour l'en- trée des gaz représentée sur la fig. 3 constitue un écran protecteur ef- ficace de la canalisation conduisant aux ouvertures.
L'introduction des gaz recyclés à l'endroit désiré réduit au mini- mum le mélange de ces gaz avec l'air et le combustible et les produits frais de la combustion. Ce mélange est aussi réduit au minimum par la fai- ble vitesse des gaz recyclés à leur introduction et par la répartition ap- propriée des gaz aux ouvertures.
Figo 4 montre la canalisation 146 à proximité de la paroi 28 de la chambre de combustion, se divisant en deux branchements divergents 160 et 162 se dirigeant vers les ouvertures correspondantes 1480 Les gaz recy- clés pénètrent dans la cahmbre de combustion aux points 164 et 166 adjacents à ces ouvertures, comme c'est indiqué par les flèches 168 et 170. Cette dis- position en branchements favorise la répartition uniforme du courant de gaz recyclés dans les différentes parties de la chambre de combustion et cette répartition est secondée par les plaques de guidage, ou plaques séparatri- ces, 172 et 174 disposées à l'intérieur des branchements 162 et 160 respec- tivement, de la manière représentée.
Cette construction joue également le rôle d'un dispositif de retenue empêchant le mouvement inverse des gaz re- oyclés d'une partie de la chambre de combustion dans le conduit et de celui- ci à une autre partie de la chambre de combustion lorsque les gaz recyclés ont une faible vitesse.
En vue d'empêcher la circulation inverse des gaz de combustion dans le système de recyclage des gaz lorsque celui-ci est hors d'action, les quatre parcours par les branchements 160 et 162 sont reliés par des conduites correspondantes 155 à l'entrée d'air froid du réchauffeur d'air et à la sortie d'un ventilateur à tirage forcé, le réglage du courant d'air de chaque conduite étant effectué par un registre papillon 157 normalement fermé lorsque le système de recyclage des gaz est en action.
De la description qui précède il ressort que le groupe est chauffé par des brûleurs agencés pour débiter à travers une paroi de la chambre de combustion à une extrémité du fond en trémie t à une notable distance au dessus de ce fond et que les gaz recyclés sont introduits dans la chambre de combustion par un jeu d'ouvertures formées dans la paroi de celle-ci à l'autre extrémité du fond en trémie et à un niveau inférieur à celui des brûleurs.
Comme les gaz recyclés ainsi introduits sont à une température inférieure à celle de la flamme et des produits frais de la combustion et
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sont relativement denses, les conditions sont propres à favoriser le rem- plissage de la partie inférieure adjacente de la chambre de combustion par des gaz à faible température, de telle sorte que les gaz à haute température sont chassés des surfaces tubulaires absorbant la chaleur à la partie infé- rieure de la chambre de combustion, réduisant ainsi le degré d'absorption de chaleur par les tubes vaporisants dans cette partie de la chambre.
L'introduction de gaz recyclés de la manière décrite non seulement tend à remplir le fond de la chambre de combustion de-gaz beaucoup plus froids que les gaz de la zone de combustion du combustible, mais tend aussi à former une enveloppa - de gaz recyclés de faible température autour de la flamme ou des éléments de combustion projectés à l'intérieur de la chambre de combustion dans la zone où le combustible brûlée L'enveloppement a pour effet d'intercaler des gaz recyclés entre les flammes ou les gaz à haute température et les surfaces tubulaires des parois de la chambre de combus- tion au-dessus du fond en trémie.
En dehors de l'action protectrice qu'elle exerce, la couche de gaz recyclés intercalée réduit la surface des parties de la chambre de combustion exposée au rayonnement de chaleur à haute tem- pérature et diminue la durée du séjour des gaz à haute température à l'in- térieur de cette chambre. Il en résulte que la proportion de la chaleur totale disponible pour la surchauffe de.la vapeur est accrue.
Cet accroisse- ment de chaleur disponible des gaz de chauffe à la sortie de la chambre de combustion augmente la chaleur absorbée par le surchauffeur au-delà de cette sortie, de telle sorte qu'en même temps qu'un réglage approprié du degré de circulation des gaz, une action compensatrice est exercée sur la tendance naturelle du surchauffeur à produire lors d'une réduction de la demande de vapeur une température de vapeur finale inférieure à celle dési- rée.
Dans la variante représentée sur les figs. 5 et 6 la chambre de combustion est divisée en deux parties 180 et 182 séparées par une cloison 184, semblable à la paroi 60 de la fig. 2. Au-dessus des fonds en trémies 186 et 188 se trouvent des ouvertures de sortie 190 et 192 s'étendant sur toute la largeur des parois arrière des compartiments 180 et 182 de la cham= bre de combustion, les tubes de parois aux ouvertures étant disposés comme c'est indiqué en 194, 195 et 196 pour permettre une répartition du courant des gaz recyclés sur toute la largeur de ces paroi arrière. Cette répartition des gaz recyclés est indiquée par les flèches 198 sur la figo 6.
Le système de canalisation indiqué d'une façon générale en 200, comprend un conduit principal 202 divisé par une cloison séparatrice 204 située dans le prolongement de la paroi séparatrice 184 de la chambre de combustion et pendant le flux de gaz venant du conduit principal 202. Une subdivision supplémentaire du courant de gaz recyclés est effectuée par les plaques déviatrices auxiliaires ou plaques séparatrices 206 et 208 de telle façon qu'immédiatement à l'extérieur des tubes 194 des parois de la chambre de combustion se trouvent quatre chambres d'entrée 210, 211, 212 et 213 des gaz recyclés dans la chambre de combustion. Chacune de ces chambres est pourvue d'une conduite munie d'un registre papillon et raccordée à l'entrée d'air froid du réchauffeur d'air, les sorties de ces conduits étant indiquées en 220,221, 222 et 223.
REVENDICATIONS.
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