Procédé de production de vapeur à pression élevée, et appareil de vaporisation pour la mise en oeuvre de ce procédé. La présente invention comprend un pro cédé de production de vapeur à pression éle vée, caractérisé en -ce qu'on utilise un appa reil de vaporisation ,comportant une chaudière enfermée dans une enveloppe étanche,
et en ce qu'on maintient à l'intérieur -de cette enve loppe une pression gazeuse environ aussi éle vée que celle régnant à l'intérieur de la chau dière.
Il s'ensuit que les parois de aa chaudière ne sont pas soumises à des efforts importants et peuvent avoir des épaisseurs relativement faibles.
L'invention comprend aussi un appareil de vaporisation pour la mise en aeuvre dudit procédé.
Cet appareil comporte unie -enveloppe étanche entourant une chaudière et capable de résister à une pression intérieure -élevée, et des parois isolantes disposées entre la chaudière et ladite enveloppe de façon à éviter que les gaz chauds parcourant cette enveloppe ne la chauffent à une température susceptible de nuire à sa résistance mécanique.
On peut ainsi prévoir une forme d'exécu- tion de l'appareil dans laquelle les pressions à peu près égales de la vapeur et des .gaz peu vent être portées par exemple à .120 kg par <B>cm'</B> et même au idesà.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, deux formes d'exécution de l'ap pareil que comprend l'invention.
La fig. 1 est une coupe schématique siui- vant un plan diamétral d'une première forme d'exécution.
La fig. 2 représente deux demi-coupes transversales faites suivant A-B et C <B>-D</B> de la fig. 1.
La fig. 3 est un schéma montrant la cir culation du liquide et de la vapeur à travers les éléments de la chaudière que comporte l'ap- pareil. La fig. 4 montre des détails de deux ser- pentins concentriques, en coupe parallèle à l'axe de la chaudière.
La fig. 5 est une coupe d'une seconde forme .d'exécution, suivant un plan passant par l'axe.
La fig. 6 est une coupe horizontale par tielle 4e la chaudière que comporte cette se conde forme :d'exécution.
La fig. 7 est une vue de détail. L'appareil :de vaporisation représenté en fig. 1 à 4 comporte une enveloppe extérieure 1, ou laboratoire, constituée par un cylindre de révolution en acier, d'axe 0-0'.2 est une calotte terminale inférieure :du laboratoire, venue de forge avec le corps :cylindrique et 3 une calotte supérieure du laboratoire, démon table.
4 est un conduit d'amenée de: l'air combu rant. qui, dans l'exemple choisi, serait ri 100 kg :de pression, et, par exemple, 400 de température; 5 est un conduit de sortie des gaz de combustion qui, dans l'exemple choisi. seraient, par exemple, à 100 kg de pression (moins une perte de charge rendue très faible par le tracé même de l'appareil) et 500 de température. Les gaz ainsi émis sont prêts à recevoir une utilisation directe quelconque.
Les orifices des conduits d'amenée et. de sortie de l'air chaud et des gaz, après démon tage desdits conduits, servent de trous :d'homme pour la. visite de l'intérieur du labo ratoire.
6 est un revêtement réfractaire; le revête ment de la. calotte inférieure est établi directe ment contre cette enveloppe; le revêtement latéral cylindrique est tout entier porté par une légère charpente métallique (non repré sentée) grâce à laquelle il peut être mis en place ou retiré du laboratoire en bloc; entre le revêtement réfractaire et l'enveloppe du laboratoire subsiste un jeu de l'ordre du cen timètre d"an:s lequel est bourré: un isolant calo rifuge plastique tel que bourre d'amiante, par :exemple.
7 est un conduit :d'amenée du combustible, supposé ici liquide; ce conduit est naturelle ment pourvu de serpentins de réchauffage. 8 désigne des brûleurs du combustible dis posés en couronne et pourvus de leurs distri buteurs d'air à turbulence ou autres. 9 est un conduit d'évacuation des suies et scories et 10 son obturateur; <B>Il</B> est un appareil de réglage de l'évacuation :du conduit 9. 12 est le refoule ment d'eau d'une pompe alimentaire:
dont 13 est le régulateur. 14 est un serpentin écono miseur agencé de manière à protéger entière ment la calotte supérieure contre le contact des gaz chauds. 15 désigne l'entrée de l'eau dans la, chaudière.
16 est le faisceau tubulaire de la chau dière. Cette chaudière est à circulation forcée établie pour un taux de vaporisation élevé. Son faisceau se compose d'une série de serpen tins concentriques, chaque élément de serpen tin comprenant au moins une rangée de tubes disposés suivant un cylindre extérieur, et une deuxième rangée suivant un cylindre inté rieur. Quand on s : rapproche du centre, il est nécessaire de mettre en parallèle deux ou trois rangées extérieures, et trois, quatre ou davan tage de rangées intérieures.
On y parvient girâce à l'emploi de boîtes de jonction toriques 21, qui réunissent les parties basses des tubes des ran-é es tant extérieures qu'intérieures correspondantes.
Les extrémités :supérieures -des mêmes tubes sont réunies par d'autres boites toriques 17, concentriques, un cloisonnement intérieur séparant, dans ces boîtes, les tubes des ran gées extérieures de ceux des rangées inté rieures (fi-. 4).
Les boîtes consécutives sont reliées par des tubes coudés 22. On voit sur la fig. 3 comment l'eau passe en série à travers tous les serpen tins successivement. depuis la périphérie du laboratoire jusque dans la région centrale qui joue le rôle de surchauffeur.
Pour que les chutes de température des gaz chauds à travers le faisceau tubulaire soient sensiblement les mêmes au centre et à la périphérie malgré les températures diffé rentes de la, vapeur, les sections de passage offertes aux gaz chauds diminuent régulière ment de la périphérie au centre. Les boîtes 17 laissent entre elles des espaces annulaires vides 19 (fig: 3) pour le passage des gaz chauds.
Le passage annulaire central est pourvu d'un registre annulaire mobile 20 (fig. 3) qui permet -de régler la quantité -de gaz parcou rant le serpentin central, et, par conséquent, de régler la température finale,de surchauffe ,de la vapeur.
Les boîtes de jonction 17 contiguës sont reliées entre elles par des tubes toudés 22 et des plaques 23 dans lesquelles sont figés ces tubes. Ces plaques sont aisément .démontables; elles sont maintenues en place par,des vis de pression 24 portées elles-mêmes par un étrier démontable. On voit qu'une fois les plaques 23 démontées, il est facile -de retirer le serpen tin cylindrique correspondant.
L'enveloppe est isolée de la chambre de combustion non seulement par le revêtement 6, mais aussi par les tubes 25 qui constituent des écrans ,d'eau et dont la section est en forme de trapèze isocèle à faces planes; leur face exposée au feu est renforcée.
En raison ,de l'égalité -des pressions interne et externe, les sections de tous les tubes peuvent avoir une telle forme à faces planes, dans, le corps du faisceau; leurs extrémités seules sont de section circulaire.
26 est le tuyau de prise de vapeur, 27 la soupape -de prise de vapeur; 28 est un appa reil accessoire de sécurité nécessaire pour maintenir l'égalité des pressions @de gaz et de vapeur. Il se compose d'un cylindre dans le quel se meut un piston 29 qui, reçoit sur sa face supérieure la pression -des: gaz, et sur sa face inférieure la pression de la vapeur.
Un ressort taré 30 fait en sorte que pour toute différence -de pression existant entre les -deux faces du piston, ce dernier prend une position déterminée. Par un tringlage approprié, figuré en 31, le piston agit, d'une part, sur l'injec tion .de combustible à l'intérieur de l'enve loppe, et, d'autre part, sur ,des appareils régu lateurs de la pression ,dé l'air.
Dans ces ,condi- tions, on conçoit qu'il soit aisé -d'obtenir que la différence,des pressions d'air et de vapeur soit limitée à la valeur qu'on s'est figée à l'avance.
L'appareil de vaporisation comprend, en outre, une soupape de sûreté ordinaire pour l'air et une pour la vapeur. Cers soupapes peu vent avantageusement être actionnées par le même appareil régulateur que ci-dessus quand le déplacement de son piston atteint des limites assignées.
" On voit qu'en ouvrant la calotte terminale supérieure 3, on peut démonter aisément soit l'économiseur seul, soit un élément -de chau- ,-dière, soit tout l'ensemble de !la ,chaudière en un bloc unique.
Tous les éléments extérieurs, tels que tubes d'alimentation, tuyau de pqrise -de va peur, etc., sont établis de telle sorte qu'ils traversent l'enveloppe extérieure et ses calo- rïfuges à l'intérieur ide tubulures figées sur l'enveloppe, tubulures complétées par des joints étanches établis selon,
la pression inté rieure. Une fois ces joints: défaits, l'élément correspoudant peut être démonté d'une ma nière simple, @de manière à permettre le dé- placement de l''appareil.
On voit aussi que la chaudière peut se di later librement sang appuyer sur les parois de l'enveloppe.
L'appareil de vaporisation peut être établi à axe horizontal ou clans une position oblique, aussi bien que verticalement.
Le fluide liquide ou gazeux chauffé dans la chaudière peut être quelconque. L'appareil d'écrit s'appliquerait au traitement,des, hyd-ro- carbures et des dérivés ,du pétrole.
Le fait que les éléments qui renferment le liquide -et la vapeur, ne subissant aucune contrainte mécanique appréciable, offre des facilités, de construction, évidentes tant en ce qui concerne l'agencement de la chaudiére que sa fabrication industrielle. Les surfaces de chauffe pourront en effet avoir des forme quelconques., planes, on1dulées, nids ,d'abeilles, etc., et,
des formes favorables .au passage des fluides.
Dans la forme d'exécution: -de l'appareil représentée en fig. 5 à 7, l'enveloppe exté rieure, au lieu d'être protégée contre la tem- pérature,des .gaz par une garniture réfractaire, est revêtue, sur toute sa.
paroi interne, d'une chemise d'eau ,dans laquelle circule l'eau d'ali mentation et, éventuellement, de l'eau de re- circulation ou, plus généralement, de l'eau prenant part au cycle vapeur et ayant une pression pratiquement égale à celle de la. chaudière.
La chaudière de cet appareil étant, en principe, destiné à fournir de la vapeur à très hautre pression (par -exemple à 120 lzg et au- dessus), l'eau d'alimentation préalablement réchauffée par soutirage de vapeur, ou autre- ment, entre dans la double enveloppe à une température relativement élevée, de l'ordre, par exemple, de 250 à 300 C.
Cette circons tance n'entraîne aucune conséquence préjudi ciable en ce qui concerne la résistance méca nique dë l'enveloppe, le maximum de la téna cité des métaux usuellement utilisés pour la réalisation de tels récipients ayant lieu autour de 250 C.
A la fig. 5: 101 est l'enveloppe laboratoire.
102 est la double enveloppe; elle est mu nie de cloisonnements soudés pour répartir l'eau également sur toute la, surface.
104 est un tuyau de communication entre la double enveloppe du corps cylindrique et celle de la calotte terminale supérieure dé montable; ce tuyau est représenté à l'exté rieur, mais il pourrait être logé à l'intérieur de l'enveloppe.
105 est un joint démontable -de ee tuyau. 103 et 103' sont des écrans déflecteurs destinés à obliger l'eau à circuler jusqu'aux extrémités des doubles enveloppes voisines du joint de la calotte avec le corps cylindrique.
106 est l'arrivée de l'eau d'alimentation. 107 et 108 sont des écrans en tubes d'eau -destinés à refroidir les scories.
109 est l'orifice d'évacuation des scories. La chaudière proprement dite de cet ap pareil est constituée par des lames d'eau cylindriques concentriques, subdivisées par des entretoises creuses en secteurs jouant un râle analogue à celui des tubes de la forme d'exécutimdécrite précédemment. 110, 111 et 1.12 représentent trois lames d'eau consécutives qui sont seules représentées à la<U>fi-.</U> 6, pour simplifier le dessin. Ces lames ont des épaisseurs variables, détermi nées pour assurer une vitesse de circulation convenable dans chaque élément.
113, 113' et 113" sont les entretoises creuses, disposées le long de rayons et régu lièrement espacées.
114' représente un autre mode de mon tage des entretoises.
Les gaz ,de la combustion passent dans les espaces annulaires entre les lames d'eau et à l'intérieur des entretoises creuses.
Une. ou plusieurs files d'entretoises, telles que 114, présentent une largeur intérieure plus, grande et sont munies à leur partie su périeure d'un registre de fermeture réglable, de manière à permettre un ajustement de la température des gaz sortant de la chaudière.
Les éléments des lames d'eau compris entre deux files d'entretoises consécutives sont reliés les uns aux autres, alternativement, par leur partie supérieure et par leur partie inférieure, de manière à constituer un véri table serpentin continu, les divers serpentins ainsi constitués fonctionnant en parallèle.
La, fi-. 7 montre, à une échelle agrandie, le détail du joint supérieur entre deux élé ments consécutifs 115 et 115'. Ce joint 116 est d'établissement facile, en raison de la faible différence des pressions vapeur et gaz.
Cette disposition des éléments du circuit de l'eau et -de la vapeur ayant été précisée, la fig. 5 montre comment s'effectue la circu lation qui a été indiquée au moyen,de flèches et également en désignant les éléments suc- i cessivemen.t parcourus au moyen des lettres successives de l'alphabet. L'entrée, de l'eau s'effectue dans le compartiment a de la double enveloppe 102.
L'eau parcourt les tubes écrans .de h, c à d, puis monte verticalement i par e, puis passe par f dans la lame d'eau extérieure g de la chaudière, par la lame d'eau de la boîte à feu l , puis, au moyen des, tubes écrans<I>1,</I> par l'enveloppe extérieure in d'un collecteur séparateur central.
Ensuite le mé lange d'eau et de vapeur se rend dans ce col- lecteur 117 par les tubes<I>n, p, q, r.</I> D'ans le collecteur 117, la vapeur remonte à travers des écrans chicanes en tôles perforées 118 ser vant de séparateurs, et passe, par les tubes s, dans les éléments. surchauffeurs, !d'où elle sort par les tube t pour atteindre le collecteur de vapeur 140.
Dans l'appareil représenté, une recircula- tion est -assurée par une pompe de recircula- tion 120 qui aspire par le tuyau 119 à la partie inférieure @du collecteur ,séparateur Cen tral 117, et refoule par 121 dans le collec teur d'alimentation 122, la pompe d'alimenta tion étant en<B>123.</B>
Ern 124 se trouve, une soupape mélangeuse mettant en communicatian le réservoir central plein de vapeur saturée avec le collecteur de vapeur 140; cette soupape est eomman.dée,de l'extérieur -et permet de régler la surchauffe.
Dans cette forme d'exécution, l'arrivée de l'air et ,du combustible ne s'effectue plus, comme dans la forme d'exécution d écrite pré cédemment, par la partie inférieure de la ca lotte inférieure -et dans l'axe, mais les brû leurs sont disposés dans une section transver sale perpendiculaire à l'axe, par exemple par paires diamétralement opposées.
Ainsi 125 et 125' sont deux brûleurs.
<B>126</B> et 126' sont les arrivées correspon dantes de l'air sous pression.
127 et 127' sont des manchons en ,maté riaux hautement réfractaires; ces manchons sont portés à l'incandescence par la combus tion; ils assurent la fixité de la flamme qui, pour les pressions envisagées, possède une longueur de l'ordre d'une .dizaine de -centi mètres seulement.
128 et 128' sont des lames d'eau .à circu lation forcée refroidissant la paroi extérieure des manchons 127 et 127' respectivement.
129 est le tuyau de sortie,des gaz brûlés. 132 est un( appareil régulateur dont les deux extrémités, sont mises en communica tion, en haut, par 130 avec la conduite de vapeur 140, et en bas, par 131, avec la con duite des gaz brûlés 129. Mais cet appareil, outre son rôle de commander les, organes ré glant le débit de la chaudière, comme décrit précédemment, joue ici un rôle @süpplémen- taire -de .stafbilisation ,du débit de vapeur.
Sui vant, en effet, que la pression de la vapeur a tendance à baisser par rapport à la pression de d'air, ou inversement, l'appareil régula- teur fournit à la .conduite de vapeur un ap point de vapeur, ou, au contraire, lui soustrait une certaine quantité do vapeur. Ce régula teur joue donc un rôle analogue à celui que joue dans une chaudière ordinaire le ballon de vapeur, mais il le joue sans influer en rien sur la répartition des températures dans la chaudière.
134 est un appareil constituant un frei nage du régulateur 132, faute duquel, à la moindre variation @dans le rapport des pres sions, le piston 133 de l'appareil 132 se dé placerait rapidement jusqu'au bout de sa; course.
135 est un calorifuge général externe.
Un tel appareil @de vaporisation est bien adapté à l'emploi pour les pressious -de vapeur les plus élevées et pour les. températures de surchauffe les plus hautes, le surchauffeur comme lest autres éléments de la chaudière ne subissant, pour ainsi dire, .aucune contrainte mécanique.
Il -est destiné à brûler des combustibles liquides ou des -combustibles solides pulvé risés; il peut traiter soit de l'eau, soit un liquide quelconque, tel que mercure, hydro carbures, etc, avec leurs vapeurs au l'air ou plusieurs vapeurs et liquides.