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Dans les générateurs de vapeur à grande puissance utilisés dans les centrales de force à vapeur à haute pression, par exemple dans les générateurs de vapeur. fonctionnant sous pression hypercritique, on monte sou- vent, dans la partie supérieure de la chambre de combus- . tion, des faisceaux de tubes en forme de cloisons. Ces . cloisons, qui constituent pratiquement une surface de chauffe par rayonnement, augmentent non seulement la' sur-' face de chauffe logée dans la chambre de combustion mais constituent aussi en même temps une surface de chauffe chauffée relativement fort. Mais d'autre part, on peut obtenir par cette surface de chauffe une diminution souvent souhaitable de la température du courant de gaz de chauf- face à sa sortie de la chambre de combustion.
L'adjonction de cloisons de ce genre, soit dans
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la zone de vaporisation, soit dans la zone de surchauffe' à haute pression du générateur de vapeur ne comporte pas, en règle générale, de difficultés particulières. Cepen- dant si les cloisons servent à la resurchauffe de la vapeur détendue à une pression partielle, il peut très faoilement arriver que les points intensément chauffés' de ces cloisons (c'est-à-dire les tbes de la zone margi- nale qui sont atteints les premiers par le courant de gaz de chauffage) ne soient plus parcourus dans certaines circonstances par la vapeur en quantité suffisante pour une action de refroidissement, quand cette vapeur est détendue,
par conséquent refroidie et de ce fait à re- surchauffer à nouveau* Le brûlage des tubes de ces cloi- sons en est alors l'inévitable conséquence, On essaye souvent d'éviter cette imperfection en calculant relati- vement courte la longueur des tubes externes de la cloi- son par rapport à la longueur des serpentins remplissant l'espace interne de celle-ci pour obtenir une moindre résistance' à l'écoulement et par conséquent une meilleure action de refroidissement dans les tubes externes. Dans bien des cas l'amélioration de l'action de refroidissement ainsi obtenue n'esbquand même pas suffisante, En outre, une telle solution n'est pas toujours applicable au point de vue de la construction sans qu'il faille prendre son parti d'autres inconvénients.
La présente invention indique un moyen d'éviter ces difficultés, On y parvient grâce au fait que, lors d'une resurchauffe ayant lieu en partie au moins dans les cloi- sons, les zones marginales de celles-ci présentent au moins à leurs parties fortement chauffées des tubes qui servent de surfaces de chauffe pour l'agent de fonctionne- ment à haute pression. La cloison est en conséquence divi- sée en deux zones qui sont parcourues, chacune, par un agent fonctionnant sous des pressions fortement différen-.
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tes l'une de l'autre. On sait que, toutes conditions res- tant égales d'ailleurs, le coefficient de transmission de la chaleur est à peu près proportionnel à la pression de l'agent de fonctionnement.
De ce fait, le coefficient de transmission de la chaleur reste toujours relativement élevé pour¯les tubes parcourus par un agent de fonctionne- ment à haute pression, même en cas de petite vitesse de circulation de cet agent de fonctionnement. La zone mar- ginale externe,.en danger, de la cloison peut être de ce fait refroidie'avec une efficacité suffisante par l'agent de fonctionnement à haute pression. Par contre, pour re- froidir la partie interne de la cloison qui n'est plus soumise qu'à un choc thermique relativement faible, il suffit de l'agent de fonctionnement détendu à basse pres- sion avec un coefficient de transmission de la chaleur relativement faible.
On doit également voir un autre a- vantage de cette division dans le fait que, même lors de la mise en marche du généra.teur de vapeur ou lors de la marche à faible charge, il existe toujours assez d'agent de fonctionnement à haute pression pour parcourir la, zone marginale externe de la cloison, soumise au choc thermique le plus fort, tandis que la partie interne de cette clcison, soumise à un choc thermique plus faible, peut encore être suffisamment refroidie elle aussi dans ces conditions de fonctionnement par un agent de fonction- nement détendu dont on ne dispose éventuellement qu'en quantité réduite.
Dans un développement ultérieur de l'invention, il peut être préférable qu'au moins les tubes externes limi- tant los cloisons fassent partie du surchauffeur à haute pression, Cependant, il peut être également recommandé qu'au moins les tubes externes, limitant les cloisons, fassent partie de la zone de vaporisation du générateur de vapeur. Parfois, il peut aussi se révéler avantageux qu'au moins les tubes externes limitant les cloisons
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fassent partie du réchauffeur d'eau d'alimentation.
Le dessin représente schématiquement plusieurs possibilités de réalisation comme exemples d'installation suivant l'invention.
Les figures 1 à 3 sont des coupes de centrales de force à vapeur à haute pression, tandis que les figures 4 à 7 représentent des formes de cloi- sons.
D'autres caractéristiques de l'invention ressorti- ront de ces figures et de la description suivante qui s'y rapporte. Dans toutes ces figures, les mêmes dispositifs sont pourvus des mêmes références.
A la figure 1 le générateur de vapeur chauffé par des brûleurs tournants est désigné par la référence 1.
L'agent de fonctionnement arrive, comme indiqué par des flèches, de la pompe à eau d'alimentation non figurée, par la conduite 2, en passant par le réchauffeur 3 et la zone de vaporisation 4, à la première partie 6 du sur- chauffeur logée dans le courant gazeux de fumée. De cette partie 6, l'agent de fonctionnement s'écoule vers la deu- xième partie 7 du surchauffeur formant un revêtement de la paroi de la partie supérieure de la chambre de combus- tion, et de là, vers une troisième partie 8 du surchauf- feur également logée à la partie supérieure de la chambre de combustion et dont les tubes forment la zone marginale d'une cloison.
De là, l'agent de fonctionnement s'écoule ,. en passant sur une surface de chauffe 9 située à l'extré- mité du surchauffeur[et logée dans la zone de rayonnement ou dans la zone de contact, vers la turbine à haute pres- sion 10. La vapeur, détendue en ce point, parvient, en passant par la conduite 11, dans la première partie 12 d'un resurchauffeur'qui se compose de cloisons dont la
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zone marginale, comme décrit précédemment, est formée par les tubes de la troisième partie 8 du surchauffeur.
L'agent de fonctionnement arrive ensuite, après avoir parcouru la seconde partie 13 du resurchauffeur qui est logée dans la zone de contact ou même encore partielle- ment dans la zone de rayonnement du générateur de vapeur, à la turbine à basse pression 14 qui entraîne la généra- trice 15. Du dernier étage des turbines, la conduite 16 ramène l'agent dans le générateur de vapeur en passant par le condenseur, non figuré, et les autres dispositifs habituels. La référence 17 désigne les brûleurs tour- nants. La référence 18 représente un séparateur d'eau auquel on peut aussi renoncer.dans certaines conditions dans le cas où le générateur de vapeur fonctionne sous pression critique ou hypercritique.
Les diverses surfa- ces de chauffe sont, autant qu'il est nécessaire, raccor- dées à des collecteurs dont quelques-uns sont désignés à la figure 1 par la référence 5.
Tandis qu'à la figure 1, les tubes externes limi- .tant les cloisons constituent des éléments du surchauf- feur à haute pression, cette zone marginale des cloisons d'après,la figure 2, fait partie de la surface de chauffe de vaporisation du générateur de vapeur . Là, les tubes ' de la surface de chauffe 4 de vaporisation sont raccordé;, aux tubes 8' qui forment les zones marginales des cloi- sons et constituent une seconde surface de chauffe'de va- porisation. Cette seconde surface de chauffe de vaporisa-* tion est raccordée au séparateur 18.
La vapeur,. séparée de l'eau en ce point, parvient, en passant par les sur- faces de chauffe 6,7 et 9 du surchauffeur, à la turbine à haute pression 10, et de là, comme il est indiqué à la figure 1, en passant par la première partie 12 du resuron chauffeur, logée dans les cloisons à la seconde partie
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13 du resurchauffeur, et ensuite à la turbine à basse pression 14.
Suivant la figure 3, les tubes 8", formant la zone marginale des cloisons, sont raccordés à la surface de chauffe 3 du réchauffeur. Les tubes 8" constituent ainsi une partie du réchauffeur d'eau d'alimentation.
En sortant de ces tubes formant cloison, l'agent de fonc- tionnement s'écoule en passant par la surface de chauffe 4 de vaporisation, puis par le séparateur 18 et ensuite par les surfaces de chauffe 6,7 et 9 du resurchauffeur, vers la turbine à haute pression 10, et de là, continue comme il est décrit aux figures 1 et 2. Il va de soi qu' au lieu du tube unique représenté par les figures, il peut être employé un certain nombre de files de tubes , suivant ce qui est nécessaire dans chaque cas, sans ou avec communication entre elles par collecteurs, De même les diverses surfaces de chauffe peuvent contenir dans chaque cas un nombre u fférent de files de tubes.
Comme il ressort de la coupe représentée à la figure 4, les cloisons sont disposées à distance l'une de l'autre, de sorte que les gaz de chauffage peuvent s'écouler librement entre elles. La disposition des tubes dans les cloisons est arrêtée de telle manière que le courant de gaz de chauffage rencontre d'abord les tubes externes 8, 8' ou 8" de chacune des cloisons et seule- ment ensuite les tubes de la surface de chauffe 12 du resurchauffeur, tubes qui sont de préférence plusieurs fois recourbés sur eux-mêmes en serpentin et qui rem- plissent la partie interne de ces cloisons.
Suivant les possibilités de réalisation de cloi- sons représentées aux figures 5,6 et 7, la zone margina- le -de ces cloisons se composed'un certain nombre de tu- bes parallèles, disposés dans un plan, ou le cas échéant également recourbés sur eux-mêmes en serpentin, qui ap-
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partiennent à la surface de chaùffe 8,8' ou 8". La par-. tie interne de la cloison est remplie entièrement par un certain nombre de tub-s de la surface de chauffe 12, tu- bes qui sont également disposés parallèlement et dans un plan ou si nécessaire recourbés aussi sur eux-mêmes en serpentin, D'après la figure 5, les tubes formant la zone marginale sont recourbés plusieurs fois sur eux-mêmes en serpentin dans un 'plan, à la partie inférieure de la cloi- son.
Cette configuration permet d'adapter la grandeur de la surface de chauffe du resurchauffeur à l'absorption de la chaleur désirée dans chaque cas, même avec une place disponible donnée pour la cloison, et ce, par exemple, en augmentant ou en diminuant les replis inférieurs.en forme de serpentin des tubes de la zone marginale.
D'après la figure 6, la cloison n'est limitée que de deux côtés par une surface tubulaire de zone marginale 8 repliés en épingle à cheveux, et à angle droit à sa partie inférieure. Une telle configuration de la cloison peut être appropriée quand cette cloison est disposée immédiatement contre une paroi latérale de la chambre de combustion et qu'elle est léchée par les gaz de chauffage de préférence seulement à sa partie inférieure et sur un Côté.
La figure 7 représente une répartition symétrique des files de tubes formant la surface de chauffe 12 du resurchauffeur. Ici, la vapeur à resurchauffer venant du collecteur 21, entre au milieu de la cloison, par deux collecteurs partiels, en deux courants partiels qui, de là, sont déviés vers les parties marginales, externes, plus chaudes de la cloison et se réunissent ensuite de nouveau .dans..le collecteur 22 après rassemblement dans deux autres collecteurs pa.rtiels.
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In high power steam generators used in high pressure steam power plants, for example in steam generators. operating under hypercritical pressure, it often goes up in the upper part of the combustion chamber. tion, bundles of tubes in the form of partitions. These. partitions, which practically constitute a radiant heating surface, not only increase the heating 'surface' housed in the combustion chamber but also at the same time constitute a relatively strong heated heating surface. However, on the other hand, it is possible to obtain by this heating surface an often desirable reduction in the temperature of the flow of heating gas at its outlet from the combustion chamber.
The addition of partitions of this kind, either in
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the vaporization zone, or in the high-pressure superheating zone of the steam generator, does not generally present any particular difficulties. However, if the partitions serve for the reheating of the expanded steam to partial pressure, it can very easily happen that the intensely heated points of these partitions (that is to say the edges of the marginal zone which are the first to be reached by the current of heating gas) are no longer traversed in certain circumstances by the vapor in sufficient quantity for a cooling action, when this vapor is relaxed,
consequently cooled and thus to re-superheat again * The burning of the tubes of these partitions is then the inevitable consequence, We often try to avoid this imperfection by calculating the length of the outer tubes relatively short of the partition relative to the length of the coils filling the internal space thereof to achieve less resistance to flow and therefore better cooling action in the outer tubes. In many cases the improvement of the cooling action thus obtained is not even sufficient. Moreover, such a solution is not always applicable from the point of view of construction without having to take its side. other disadvantages.
The present invention indicates a means of avoiding these difficulties. This is achieved by the fact that, during a reheating taking place at least in part in the partitions, the marginal areas thereof present at least in their parts. heavily heated tubes which serve as heating surfaces for the high pressure operating medium. The partition is consequently divided into two zones which are each traversed by an agent operating under very different pressures.
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are from each other. It is known that, other conditions remaining equal, the heat transfer coefficient is approximately proportional to the pressure of the operating medium.
As a result, the heat transmission coefficient always remains relatively high for the tubes through which a high-pressure operating medium passes, even in the event of a low circulation speed of this operating medium. The endangered outer marginal area of the bulkhead can thereby be cooled with sufficient efficiency by the high pressure operating medium. On the other hand, to cool the internal part of the partition, which is no longer subjected to a relatively low thermal shock, all that is required is the operating agent relaxed at low pressure with a heat transfer coefficient. relatively low.
Another advantage of this division should also be seen in the fact that even when switching on the steam generator or when running at low load, there is always enough operating agent at high pressure to travel the, outer marginal zone of the partition, subjected to the strongest thermal shock, while the internal part of this partition, subjected to a lower thermal shock, can still be sufficiently cooled also under these operating conditions by a relaxed operative which may only be available in reduced quantities.
In a further development of the invention, it may be preferable that at least the outer tubes limiting the bulkheads form part of the high pressure superheater. However, it may also be recommended that at least the outer tubes limiting the bulkheads. partitions, form part of the vaporization zone of the steam generator. Sometimes it can also prove to be advantageous that at least the outer tubes limiting the partitions
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are part of the feed water heater.
The drawing schematically shows several possible embodiments as examples of installation according to the invention.
Figures 1 to 3 are cross sections of high pressure steam power plants, while Figures 4 to 7 show forms of partitions.
Other characteristics of the invention will emerge from these figures and from the following description which relates thereto. In all these figures, the same devices are provided with the same references.
In Figure 1, the steam generator heated by rotary burners is designated by the reference 1.
The operating agent arrives, as indicated by arrows, from the feed water pump not shown, through line 2, passing through the heater 3 and the vaporization zone 4, to the first part 6 of the over- driver housed in the gas stream of smoke. From this part 6, the operating medium flows to the second part 7 of the superheater forming a lining of the wall of the upper part of the combustion chamber, and from there to a third part 8 of the combustion chamber. superheater also housed in the upper part of the combustion chamber and the tubes of which form the marginal zone of a partition.
From there, the operating agent flows,. passing over a heating surface 9 located at the end of the superheater [and housed in the radiation zone or in the contact zone, towards the high pressure turbine 10. The steam, expanded at this point, arrives, passing through line 11, in the first part 12 of a re-superheater 'which is made up of partitions whose
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marginal zone, as described above, is formed by the tubes of the third part 8 of the superheater.
The operating agent then arrives, after having passed through the second part 13 of the reheater which is housed in the contact zone or even partially in the radiation zone of the steam generator, at the low pressure turbine 14 which drives the generator 15. From the last stage of the turbines, the pipe 16 returns the agent to the steam generator, passing through the condenser, not shown, and the other usual devices. Reference 17 designates the rotary burners. Reference 18 represents a water separator which can also be dispensed with under certain conditions in the case where the steam generator operates under critical or hypercritical pressure.
The various heating surfaces are, as far as necessary, connected to collectors, some of which are designated in FIG. 1 by the reference 5.
While in figure 1 the outer tubes limiting the partitions constitute elements of the high pressure superheater, this marginal zone of the partitions according to figure 2 forms part of the vaporization heating surface of the steam generator. There the tubes 'of the vaporization heating surface 4 are connected to the tubes 8' which form the marginal areas of the partitions and constitute a second vaporization heating surface. This second vaporization heating surface is connected to the separator 18.
Steam,. separated from the water at this point, passes, passing through the heating surfaces 6, 7 and 9 of the superheater, to the high pressure turbine 10, and from there, as shown in Figure 1, passing through the first part 12 of the driver resuron, housed in the partitions in the second part
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13 to the reheater, and then to the low pressure turbine 14.
According to Figure 3, the tubes 8 ", forming the marginal zone of the partitions, are connected to the heating surface 3 of the heater. The tubes 8" thus constitute a part of the feed water heater.
On leaving these tubes forming a partition, the operating agent flows through the vaporization heating surface 4, then through the separator 18 and then through the heating surfaces 6, 7 and 9 of the reheater, towards the high pressure turbine 10, and from there continues as depicted in Figures 1 and 2. It goes without saying that instead of the single tube shown in the figures, a number of rows of tubes may be employed, according to what is necessary in each case, without or with communication between them by collectors, Likewise the various heating surfaces can contain in each case a number of rows of tubes.
As can be seen from the section shown in FIG. 4, the partitions are arranged at a distance from each other, so that the heating gases can flow freely between them. The arrangement of the tubes in the partitions is stopped so that the flow of heating gas first meets the outer tubes 8, 8 'or 8 "of each of the partitions and only then the tubes of the heating surface 12. of the reheater, tubes which are preferably bent several times on themselves in a serpentine fashion and which fill the internal part of these partitions.
According to the possibilities of making partitions shown in Figures 5, 6 and 7, the marginal zone of these partitions is made up of a number of parallel tubes, arranged in a plane, or where appropriate also curved. on themselves in a serpentine, which
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start at the heating surface 8.8 'or 8 ". The internal part of the partition is completely filled by a number of tubes of the heating surface 12, which tubes are also arranged parallel and in a plane or if necessary also curved on themselves in a serpentine, According to figure 5, the tubes forming the marginal zone are curved several times on themselves in a serpentine in a 'plane, at the lower part of the wall - his.
This configuration makes it possible to adapt the size of the heating surface of the reheater to the absorption of the desired heat in each case, even with a given space available for the partition, and this, for example, by increasing or reducing the folds. lower. coil-shaped tubes of the marginal zone.
According to Figure 6, the partition is limited only on two sides by a tubular surface of marginal zone 8 folded in hairpin, and at right angles to its lower part. Such a configuration of the partition may be suitable when this partition is placed immediately against a side wall of the combustion chamber and is licked by the heating gases preferably only at its lower part and on one side.
FIG. 7 represents a symmetrical distribution of the rows of tubes forming the heating surface 12 of the reheater. Here, the steam to be re-superheated coming from the manifold 21, enters the middle of the partition, through two partial collectors, in two partial streams which, from there, are deflected towards the marginal, external, hotter parts of the partition and then meet again .in..le collector 22 after gathering in two other pa.rtiels collectors.