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"Chaudière verticale à vapeur, à circulation forcée, équipée de fais- ceaux tubulaires annulaires multiples et indépendants."
La chaudière faisant l'objet de l'invention se compose essentiel- lement d'un corps cylindrique vertical formant foyer et muni d'un re- vêtement réfractaire et dont la paroi intérieure est revêtue de fais- ceaux tubulaires annulaires indépendants et multiples délimitant le foyer. Elle comporte également un collecteur distributeur de vapeur de longueur appropriée, disposé verticalement et auquel sont reliés, de manière indépendante, les faisceaux tubulaires du foyer. Cette disposi- tion particulière permet de réaliser un échange thermique élevé par rayonnement et de rendre possible, par conséquent, des productions très élevées de vapeur.
A titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution
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et de variantes sont représentées aux dessins annexés dans lescules : '
La fig. 1 es tune vue en élévation et en coupe verticale partiel- le d'une première forme d'exécution d'une chaudière suivant l'inven- tion équipée d'un seul collecteur-réservoir de vapeur.
La fig. 2 est une vue semblable à la. première, montrant une se- conde forme d'exécution d'une chaudière équipée de deux collecteurs- réservoirs indépendants de vapeur.
La fig. 3 représente une troisième forme d'exécution d'une chau- dière équipée de trois collecteurs-réservoirs indépendants de vapeur..
La fig. 1 représente un premier type de chaudière suivant l'in- vention pouvant assurer une production de vapeur de 50 kgs vapeur/ heure jusqu'à 20 tonnes vapeur/heure et plus.
Le corps rond vertical (1) formant foyer se compose d'un casing. métallique (lA) recouvert extérieurement d'un chemisage (2), et d'une paroi réfractaire (3) ; ledit corps rond est revêtu intérieurement et ce, sur toute la hauteur de sa paroi verticale d'un faisceau de tubes' de faible diamètre (4).
Cette disposition particulière permet un très important échange thermique par rayonnement ce qui rend possible une production très élevée de vapeur.
D'autre part, ledit faisceau tubulaire (4) est constitué par un très grand nombre de circu its annulaires $dépendants; chacun de ces circuits prenant son départ depuis une prise-distributeur commun (5) qui est alimenté par une pompe rotative multicellulaire (6) à très haute pression et à grande vitesse. La prise de sortie de chacun des- dits circuits indépendants aboutit au réservoir-collecteur de vapeur (15) monté verticalement et parallèlement par rapport au corps de foyer (1).
Chaque prise de sortie porte, à proximité de son point de départ, une soupape (7) et un manomètre (8) et une soupape (9) à son embran- chement au collecteur de vapeur (15),
De cette disposition particulière dé-coulent plusieurs avantages a) chaque circuit peu t être mis instantanément sous pression, ce qui est, dans le cas d'un démarrage ou d'un arrêt rapide et surtout lors- qu'il s'agit de chaudières de grandes dimensions, très important pour
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obtenir un bon fonctionnement. b) par la régulation du jeu de soupapes (7) et (9) au départ et à la sortie il est possible d'approprier exactement le circuit à l'exigen- ce de l'allure de chauffe, ce qui permet de réaliser un échange thor- mique variable en fonction des variations très fortes de la demande et de la production de vapeur.
c) dans le cas de la rupture d'un tube dans le circuit on peut à vo- lonté, refermer les soupapes et ainsi isoler le circuit correspondant sans qu'il soit nécessaire d'arrêter la chaudière ou de réduire l'al- lure de chauffe. La rupture d'un tube est décelée par le manomètre (8) correspondant placé à la sortie de chacun des circuits. Ce manomè- tre sert également de témoin pour le contrôle de la mise sous pression d'un des circuits du faisceau, et cc, sans tenir compte de la pression de la pompe de circulation (6). Les faisceaux des circuits des tubes (4) peuvent, dans le cas où l'on désire augmenter la surface de chauf- fe, être disposés en anneaux concentriques de plus en plus nombreux.
La partie centrale du corps de foyer vertical est libre pour permettre à favoriser une grande vitesse de combustion et d'échappe- ment des gaz. Cette partie centrale est obturée d'une manière particu- lière par un tronc (10) pourvu de chicanes réfractaires rondes (Il) de manière à obliger les gaz à circuler le long de la paroi et à traver- ser une série de faisceaux disposés dans la partie haute du corps de foyer, dans le but d'augmenter les échanges calorifiques, notamment dans la partie supérieure du foyer et à proximité de la sortie vers la cheminée.
La partie supérieure du corps de foyer est recouverte par un dôme (12) réfractaire et enlevable dans le but de permettre le contrU- le des divers faisceaux, leur enlèvement et leur remise en place dans le cas de réparation et également pour permettre le nettoyage.
Sur la partie supérieure du dôme (12) est prévu le trou d'homme (13) constituant l'accès de visite et pourvu d'un couvercle-trappe d'explosion. D'autres trappes d'explosion (13A) sont disposées sur le côté du collecteur de sortie des fumées (14) à la partie 13 plus hau- te du foyer c'est-à-dire sur la cheminée de départ des gaz.
Le collecteur-réservoir de vapeur (15) est lui aussi vertical et
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est disposé à proximité du corps de foyer (1). Il est constitué, es- sentiellement, par un corps cylindrique en acier et est pourvu sur sa hauteur, de plusieurs prises (16) pour récolter la vapeur venant des faisceaux (4). Ce collecteur est muni d'une soupape de sûreté (17), d'un manomètre (18), d'une prise de vapeur (18A), d'une prise de re- circulation à la partie la plus basse pour la pompe de recirculation;
ainsi que d'une prise pour la pompe alimentaire (19) qui introduit de. l'eau réchauffée, reprise dans la partie haute du foyer, vers la par- tie basse du collecteur -réservoir,
Dans cette partie basse de ce réservoir de vapeur est donc opéré le mélange d'eau réchauffé et d'eau sous pression recueilli du mélange vapeur-eau sortant des divers circuits de faisceaux. Cette partie basse du réservoir de vapeur (15) est muni des indicateurs de niveau (20), de plusieurs régulateurs de niveau et d'autres accessoires eventuels.
Il est à noter que chaque prise d'introduction venant du faisceau tubulaire (4) est équipée d'un pulvérisateur (21) dans le réservoir- collecteur (15) dans le but de disperser le mélange eau-vapeur et d' en faciliter la séparation.
La description donnée ci-dessus est générale et n'a d'autre but , que d'exposer les principes de fonctionnement de la chaudière faisant l'objet de l'invention.
Les principes ênoncés ci-dessus et illustrés par la fig. 1 sont . strictement applicables à la forme d'exécution représentée à la fig.
1, c'est-à-dire aux chaudières destinées à produire de 50 kg vapeur/ heure jusqu'à 20 tonnes/heure. Cependant, la production de vapeur peut être augmentée jusqu'à 300 tonnes/heure et 600 tonnes/heure si néces- . sairc, sur très grandes unités.
Dans le cas d'une chaudière de 50 kg vapeur/heure et jusqu'à 20 tonnes vapeur/heure on met en oeuvre une chaudière comportant un seul récipient de vapeur avec un seul corps de foyer prenant des dimensions de plus en plus larges (voir fig. 1).
S'il s'agit d'une chaudière de 25 tonnes vapeur/heure et jus- qu'à 50 tonnes vapeur/heure, on met en oeuvre deux récipients à va- peur avec un seul corps foyer (voir fig. 2). Ces deux récipients de
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vapeur subdivisent la chaudière en deux parties théoriques distinctes, @ soit une partie basse pression et une partie haute pression (voir fig. 2).
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 3 il est mis en oeuvre une chaudière variant en capacité de - 7S tonnes vapeur/heure jusqu'à = 150 tonnes vapeur/heure et alimentant trois réservoirs- récipients de vapeur (basse, moyenne et haute pression).
Dans ce cas, la chaudière est subdivisée en trois parties, soit : la partie basse-pression (réchauffeur d'eau), la partie moyenne- pression et la partie haute-pression.
Ces subdivisions théoriques font apparaître les avantages que peut procurer ce nouveau type de chaudière, notamment en ce qui con- cerne le fait que les subdivisions de cette chaudière sont indépendan- tes les unes des autres. On peut done dans chaque cas appliquer des formes et des données différentes, soit dans le mode de construction des chaudières,soit dans le choix des pressions. Ceci conduit à des économies appréciables lors de la construction ou bien lors du fonc- tionnement, le principe de l'invention étant toujours d'application.
Un point particulier d'utilisation est le mode de chauffe do ce type de chaudière : on peut mettre en oeuvre soit la chauffe au mazout, soit au gaz, au charbon ou au moyen d'autres combustibles, ce qui n'est pas le cas pour une chaudière appropriée à un seul moyen de chauffa,
Au point de vue théorique, le nombre de r6cipients à vapeur et avec lui le nombre des paliers de pression peuvent varier suivant le domaine particulier d'application.
Par ailleurs la chaudière ou plutôt le type de chaudière qui fait l'objet de la présente invention présente des avantages appréciables sur les chaudières connues et utilisées à ce jour, notamment :
1) dans le cas d'utilisation dans les centrales thermiques, on peut avec la chaudière suivant l'invention alimenter un groupe de turbine, de façon que chaque collecteur de vapeur alimente un étage (HP-MP-BP) de turbine, ce qui procurerait une économie appréciable de construction du groupe-turbine.
2) dans le cas des chaudières à moyenne production, on dispose,
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suivant l'invention, de vapeur a haute et a moyenne pression, Il n'est @ donc plus nécessaire de prévoir ou d'installer des appareils de déten- . te et de surchau ±fe de vapeur,
3) dans le c as de chaudières à petites capacités, on peut produi-- re de la vapeur à très basse pression, moyenne pression et très haute pression sans qu'il soit nécessaire de disposer d'appareils de déten- te ou de surchauffe.
La même chaudière peut produire de la vapeur à basse, moyenne et haute pression sans qu'il soit nécessaire de prévoir une chaudière pour chacune des pressions désirées.
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"Vertical steam boiler, forced circulation, equipped with multiple and independent annular tube bundles."
The boiler forming the object of the invention consists essentially of a vertical cylindrical body forming a hearth and provided with a refractory lining and the inner wall of which is lined with independent and multiple annular tubular bundles delimiting the hearth. It also comprises a steam distributor manifold of suitable length, arranged vertically and to which the tube bundles of the fireplace are independently connected. This particular arrangement makes it possible to achieve a high heat exchange by radiation and consequently to make possible very high productions of steam.
By way of nonlimiting examples, several embodiments
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and variants are shown in the accompanying drawings in lescules: '
Fig. 1 is a view in elevation and in partial vertical section of a first embodiment of a boiler according to the invention equipped with a single manifold-steam tank.
Fig. 2 is a view similar to the. first, showing a second embodiment of a boiler equipped with two independent steam manifolds-tanks.
Fig. 3 shows a third embodiment of a boiler equipped with three independent steam manifolds-tanks.
Fig. 1 represents a first type of boiler according to the invention capable of ensuring a production of steam of 50 kgs steam / hour up to 20 tonnes of steam / hour and more.
The vertical round body (1) forming a fireplace consists of a casing. metallic (1A) covered on the outside with a liner (2), and a refractory wall (3); said round body is internally coated over the entire height of its vertical wall with a bundle of small diameter tubes (4).
This particular arrangement allows a very important heat exchange by radiation which makes possible a very high production of steam.
On the other hand, said tube bundle (4) consists of a very large number of dependent annular circuits $; each of these circuits starting from a common outlet-distributor (5) which is supplied by a multicellular rotary pump (6) at very high pressure and at high speed. The outlet of each of said independent circuits leads to the vapor collector-tank (15) mounted vertically and parallel to the hearth body (1).
Each outlet carries, near its starting point, a valve (7) and a pressure gauge (8) and a valve (9) at its branch to the steam manifold (15),
Several advantages derive from this particular arrangement a) each circuit can be instantly pressurized, which is, in the case of a rapid start or stop and especially when it comes to boilers large dimensions, very important for
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get proper operation. b) by regulating the clearance of valves (7) and (9) at the start and at the outlet it is possible to adapt the circuit exactly to the requirements of the heating rate, which makes it possible to achieve a variable heat exchange as a function of very strong variations in demand and steam production.
c) in the event of a tube rupture in the circuit, it is possible to close the valves and thus isolate the corresponding circuit without it being necessary to stop the boiler or reduce the fire. of heating. The rupture of a tube is detected by the corresponding pressure gauge (8) placed at the outlet of each of the circuits. This manometer also serves as a warning light for checking the pressurization of one of the circuits in the harness, and cc, without taking into account the pressure of the circulation pump (6). The bundles of the circuits of the tubes (4) may, if it is desired to increase the heating surface, be arranged in more and more concentric rings.
The central part of the vertical hearth body is free to allow a high rate of combustion and gas escape to be promoted. This central part is closed in a particular way by a trunk (10) provided with round refractory baffles (II) so as to force the gases to circulate along the wall and to pass through a series of beams arranged in the wall. the upper part of the hearth body, in order to increase the heat exchange, in particular in the upper part of the hearth and near the exit to the chimney.
The upper part of the hearth body is covered by a refractory and removable dome (12) in order to allow the inspection of the various beams, their removal and re-installation in the event of repair and also to allow cleaning.
On the upper part of the dome (12) is provided the manhole (13) constituting the inspection access and provided with an explosion hatch cover. Other explosion hatches (13A) are arranged on the side of the flue gas outlet manifold (14) at the highest part 13 of the hearth, that is to say on the gas outlet chimney.
The vapor collector-tank (15) is also vertical and
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is arranged near the hearth body (1). It consists essentially of a cylindrical steel body and is provided over its height with several outlets (16) to collect the steam coming from the bundles (4). This manifold is fitted with a safety valve (17), a pressure gauge (18), a steam intake (18A), a recirculation intake at the lowest part for the pump. recirculation;
as well as a plug for the food pump (19) which introduces. the heated water, collected in the upper part of the fireplace, towards the lower part of the collector-tank,
In this lower part of this steam tank is therefore operated the mixture of heated water and pressurized water collected from the steam-water mixture leaving the various bundle circuits. This lower part of the steam tank (15) is provided with level indicators (20), several level regulators and other possible accessories.
It should be noted that each inlet outlet coming from the tube bundle (4) is equipped with a sprayer (21) in the collecting tank (15) in order to disperse the water-vapor mixture and to facilitate its release. separation.
The description given above is general and has no other purpose than to expose the operating principles of the boiler forming the subject of the invention.
The principles stated above and illustrated in FIG. 1 are. strictly applicable to the embodiment shown in FIG.
1, that is to say to boilers intended to produce 50 kg steam / hour up to 20 tonnes / hour. However, the steam production can be increased up to 300 tons / hour and 600 tons / hour if required. sairc, on very large units.
In the case of a boiler of 50 kg steam / hour and up to 20 tonnes of steam / hour, a boiler comprising a single steam receptacle with a single hearth body taking increasingly larger dimensions is used (see fig. 1).
In the case of a boiler with 25 tonnes of steam / hour and up to 50 tonnes of steam / hour, two steam containers are used with a single hearth body (see fig. 2). These two containers of
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steam subdivide the boiler into two distinct theoretical parts, @ either a low pressure part and a high pressure part (see fig. 2).
In the embodiment shown in FIG. 3 a boiler varying in capacity from - 7S tonnes of steam / hour up to = 150 tonnes of steam / hour and supplying three tanks-steam receptacles (low, medium and high pressure) is used.
In this case, the boiler is subdivided into three parts, namely: the low-pressure part (water heater), the medium-pressure part and the high-pressure part.
These theoretical subdivisions show the advantages which this new type of boiler can provide, in particular as regards the fact that the subdivisions of this boiler are independent of one another. It is therefore possible in each case to apply different forms and data, either in the method of construction of the boilers, or in the choice of pressures. This leads to appreciable savings during construction or even during operation, the principle of the invention still being applicable.
A particular point of use is the heating mode of this type of boiler: it is possible to use either oil, gas, coal or other fuels heating, which is not the case. for a boiler suitable for only one means of heating,
From a theoretical point of view, the number of steam containers and with it the number of pressure stages may vary according to the particular field of application.
Moreover, the boiler or rather the type of boiler which is the subject of the present invention has appreciable advantages over the boilers known and used to date, in particular:
1) in the case of use in thermal power stations, it is possible with the boiler according to the invention to feed a turbine group, so that each steam collector supplies a turbine stage (HP-MP-BP), which would provide appreciable savings in the construction of the turbine unit.
2) in the case of medium production boilers, we have,
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according to the invention, high and medium pressure steam, It is therefore no longer necessary to provide or install expansion devices. and overheating of steam,
3) in the case of small-capacity boilers, steam can be produced at very low pressure, medium pressure and very high pressure without the need for expansion or superheating devices. .
The same boiler can produce steam at low, medium and high pressure without having to provide a boiler for each of the desired pressures.