Chaudière de récupération La présente invention a pour objet une chaudière de récupération destinée à être uti lisée en liaison avec une turbine à combus tion interne, avec une turbine à gaz ou d'une façon plus générale avec toute machine ou moteur à combustion interne fournissant un volume appréciable de gaz d'échappement con tenant de l'oxygène.
On entend par chaudière de récupération un appareil dans lequel des gaz d'échappement chauds provenant d'un moteur sont amenés à fournir de la chaleur à de l'eau.
Les gaz d'échappement d'un turbomoteur à gaz à cycle ouvert ont un volume et une température convenant bien pour leur utilisa tion dans une chaudière de récupération. On notera cependant qu'il y a assez peu de con trôle sur le volume ou la température des gaz résiduels puisque le but principal recherché en brûlant du combustible dans le moteur est d'entraîner celui-ci, et la production de va peur ou autre fonction à réaliser dans la chau dière de récupération est une considération secondaire et entièrement subordonnée. Com me cela est connu, il est désirable de pouvoir à volonté augmenter la fourniture de chaleur à partir de gaz d'échappement en fournissant de la chaleur à partir d'un dispositif à combus tible spécialement prévu.
On connaît des chaudières de récupéra tion dans lesquelles un chauffage supplémen taire des gaz d'échappement est obtenu en in jectant du combustible dans le courant adja cent à la surface de transmission de chaleur. Dans le cas d'une turbine à gaz l'échappement peut n'avoir subi une diminution d'oxygène en brûlant dans le moteur que d'environ 25 de sorte qu'il y a suffisamment d'oxygène li bre pour brûler du combustible supplémen taire. En ajoutant de la chaleur de cette ma nière une partie considérable des gaz d'échap pement agit, cependant, comme un diluant de la température sur les gaz de combustion sup plémentaires, au détriment du rendement ca lorifique de transmission.
La chaudière de récupération selon l'in vention comprend un conduit principal desti né à recevoir une partie des gaz d'échappe ment contenant de l'oxygène, provenant d'un moteur à combustion interne, un conduit se condaire destiné à recevoir une autre partie desdits gaz d'échappement, des moyens pour introduire du combustible dans le conduit se condaire pour brûler avec de l'oxygène dans les gaz s'y trouvant et produire des gaz plus chauds, des premiers moyens de chauffage de fluide agencés de manière à recevoir de la chaleur desdits gaz plus chauds,
et des autres moyens de chauffage de fluide agencés de ma nière à recevoir de la chaleur à partir des gaz qui ont passé par lesdits premiers moyens de chauffage de fluide et à partir des gaz reçus par ledit conduit principal.
Le dessin annexé représente, à titre d'exem ple, deux formes d'exécution de la chaudière faisant l'objet de la présente invention.
La fig. 1 est une coupe transversale verti cale de la première forme d'exécution.
La fig. 2 est une coupe par II-II de la fig. 3 de la deuxième forme d'exécution.
La fig. 3 est une vue en plan de la deuxiè me forme d'exécution, certaines parties étant supprimées pour la clarté du dessin.
La première forme d'exécution représen tée à la fig. 1 comprend une enveloppe 1 qui contient un tube-foyer 2 et un faisceau de petits tubes 3. Le tube-foyer 2 comporte un brûleur à huile 4 fixé du côté de son extré mité avant, et débouche dans une chambre 5 à son extrémité arrière ; les petits tubes 3 font communiquer la chambre 5 à l'extrémité arrière avec une cheminée ou autre conduit d'évacuation 6.
Le courant principal des gaz d'échappe ment provenant d'une turbine à combustion in terne passe dans la chambre 5 et à travers le faisceau de tubes 3 jusqu'à la cheminée 6, comme représenté par les flèches A.
Un courant auxiliaire de gaz d'échappe ment est transmis à partir du courant princi pal en un point situé en amont de la chambre et après avoir été forcé par un ventilateur 7, logé dans un conduit 8, il passe dans le tube- foyer 2 à l'extrémité avant où il est brûlé avec de l'huile combustible injectée par le brûleur 4. Le courant auxiliaire passant à travers le tube-foyer 2 échange de la chaleur avec l'eau dans l'enveloppe tout en étant encore à une température très élevée : ce n'est qu'après avoir atteint la chambre 5 qu'il est mélangé au courant principal et dilué par celui-ci com me représenté par les flèches B.
Ainsi le courant principal de gaz d'échap pement peut avoir une température d'un peu plus de 400o C alors que la température à l'extrémité avant du tube-foyer 2 peut être de 20000 C, se rapprochant de celle obtenue à partir d'un brûleur à mazout à tirage forcé.
La perte à laquelle il faut s'attendre du fait que les gaz d'échappement provenant de la tur bine ne sont utilisés qu'à environ 25 0/0 est compensée par le fait qu'ils sont introduits dans le brûleur à une température de 4000 C. Si le courant auxiliaire, lorsqu'il est ramené au courant principal à l'extrémité arrière du tube- foyer 2, est à une température n'excédant pas de beaucoup celle du courant principal, ce qui est en effet possible, ceci signifie que le combustible supplémentaire ,
a été brûlé avec un rendement s'approchant de 100 %. L'usage normal montre que la température à l'extré mité d'échappement du tube-foyer d'une chaudière connue peut être de l'ordre de 600o C.
La pression du courant principal peut être de l'ordre de 10 cm d'eau alors que le ven tilateur 7 peut faire monter la pression de 10 cm à environ 13 cm.
Des moyens de commande appropriés (non représentés) sont agencés pour régler les pres sions et la fourniture de combustible, la pro portion de gaz entre le courant principal et le courant auxiliaire étant réglée par des clapets 9 montés dans la chambre 5.
Dans la forme d'exécution représentée aux fig. 2 et 3 une chaudière à tube d'eau com prend des cylindres supérieur et inférieur 10 et 11 reliés par une série de tubes 12. Les cy lindres 10 et 11 sont logés dans une enveloppe 13 et les tubes 12 sont enfermés dans une chambre 15 définie par une paroi latérale de l'enveloppe 13 et une cloison 14 s'étendant de la paroi d'extrémité avant de l'enveloppe à une ligne rapprochée de la paroi de l'extré mité arrière comme représenté à la fig. 3. Les tubes supplémentaires 16 relient les cylindres 10 et 11 et sont logés dans une chambre de combustion 17 à l'intérieur de l'enveloppe sur le côté opposé de la cloison 14 à la chambre 15.
Le courant principal des gaz d'échappe ment provenant d'une turbine à combustion interne passe dans la chambre 15 à l'extré mité arrière de l'enveloppe 13 et sort dans une cheminée 18 à l'extrémité avant comme représenté par les flèches C. Un courant auxi liaire de gaz d'échappement est fourni au cou rant principal en un point situé en amont de la chambre 15 et après avoir été forcé par un ventilateur 19 dans un conduit 20, - il passe dans la chambre de combustion 17 où il est brûlé par une alimentation supplémentaire d'huile combustible par l'intermédiaire d'un brûleur 21.
Le courant auxiliaire passe à travers la. chambre de combustion 17 et échange de sa chaleur avec l'eau dans les tubes 16 tan dis que la température est élevée, comme dé crit ci-dessus. Il sort de la chambre 17 à tra vers l'espace entre la paroi d'extrémité ar rière de l'enveloppe 13 et la cloison 14 et est mélangé et dilué au courant principal comme indiqué par les flèches D.
Comme dans la forme d'exécution précé dente, les moyens de commande appropriés (non représentés) sont prévus pour régler les pressions et la fourniture de combustible, et des clapets 22 sont agencés de manière à ré partir l'écoulement des gaz aux courants prin cipal et auxiliaire.
En raison de la conformation normale du foyer de combustible supplémentaire, la chau dière peut être utilisée de façon sûre et écono mique lorsque le moteur ne marche pas, le foyer étant alors l'unique moyen de chauf fage et non plus simplement le moyen auxi liaire.
On peut prévoir, en conséquence, dans chaque forme d'exécution des moyens pour introduire de l'air atmosphérique au lieu ou en supplément du courant auxiliaire des gaz d'échappement, pour brûler le combustible supplémentaire, des clapets de commande re présentés en 23 étant prévus dans les conduits 8 et 20 pour ouvrir, fermer ou régler le pas sage du courant auxiliaire des gaz d7échappe- ment au brûleur de combustible.
Recovery boiler The present invention relates to a recovery boiler intended to be used in conjunction with an internal combustion turbine, with a gas turbine or more generally with any internal combustion machine or engine providing an internal combustion engine. appreciable volume of exhaust gas containing oxygen.
The term “recovery boiler” is understood to mean an apparatus in which hot exhaust gases originating from an engine are caused to supply heat to water.
The exhaust gases from an open cycle gas turbine engine have a volume and temperature well suited for use in a recovery boiler. It should be noted, however, that there is relatively little control over the volume or the temperature of the residual gases since the main objective sought by burning fuel in the engine is to drive the latter, and the production of will be afraid or otherwise. function to be performed in the recovery boiler is a secondary consideration and entirely subordinate. As is known, it is desirable to be able to increase the heat supply from exhaust gas at will by supplying heat from a specially designed fuel system.
Recovery boilers are known in which additional heating of the exhaust gases is obtained by injecting fuel into the stream adjacent to the heat transfer surface. In the case of a gas turbine the exhaust may have undergone a decrease in oxygen by burning in the engine only by about 25 so that there is sufficient free oxygen to burn additional fuel. to hush up. By adding heat in this way a considerable part of the exhaust gas acts, however, as a temperature diluent on the additional combustion gases, to the detriment of the transmission thermal efficiency.
The recovery boiler according to the invention comprises a main duct intended to receive a part of the exhaust gases containing oxygen, coming from an internal combustion engine, a condaire duct intended to receive another part. of said exhaust gases, means for introducing fuel into the conduit to be conducted to burn with oxygen in the gases therein and to produce hotter gases, first fluid heating means arranged to receive the heat of said hotter gases,
and other fluid heating means arranged to receive heat from gases which have passed through said first fluid heating means and from gases received through said main conduit.
The accompanying drawing shows, by way of example, two embodiments of the boiler forming the subject of the present invention.
Fig. 1 is a vertical cross section of the first embodiment.
Fig. 2 is a section through II-II of FIG. 3 of the second embodiment.
Fig. 3 is a plan view of the second embodiment, certain parts being deleted for clarity of the drawing.
The first embodiment shown in FIG. 1 comprises a casing 1 which contains a hearth tube 2 and a bundle of small tubes 3. The hearth tube 2 comprises an oil burner 4 fixed on the side of its front end, and opens into a chamber 5 at its rear end ; the small tubes 3 communicate the chamber 5 at the rear end with a chimney or other exhaust duct 6.
The main stream of exhaust gases from an internal combustion turbine passes into chamber 5 and through tube bundle 3 to chimney 6, as shown by arrows A.
An auxiliary stream of exhaust gas is transmitted from the main stream to a point located upstream of the chamber and after having been forced by a fan 7, housed in a duct 8, it passes into the hearth tube 2 at the front end where it is burned with fuel oil injected by burner 4. The auxiliary current passing through the hearth tube 2 exchanges heat with the water in the casing while still being at a very high temperature: it is only after reaching chamber 5 that it is mixed with the main stream and diluted by the latter as represented by arrows B.
Thus the main stream of exhaust gas may have a temperature of a little over 400o C while the temperature at the front end of the hearth tube 2 may be 20,000 C, approaching that obtained from '' a forced draft oil burner.
The loss to be expected from the fact that the exhaust gases from the turbine are only used at about 25% is compensated by the fact that they are introduced into the burner at a temperature of 4000 C. If the auxiliary current, when brought back to the main current at the rear end of the hearth tube 2, is at a temperature not much exceeding that of the main current, which is in fact possible, this means that the additional fuel,
was burned with an efficiency approaching 100%. Normal use shows that the temperature at the exhaust end of the fire tube of a known boiler can be of the order of 600o C.
The pressure of the main stream can be of the order of 10 cm of water while the fan 7 can increase the pressure from 10 cm to about 13 cm.
Appropriate control means (not shown) are arranged to regulate the pressures and the supply of fuel, the proportion of gas between the main stream and the auxiliary stream being regulated by valves 9 mounted in the chamber 5.
In the embodiment shown in FIGS. 2 and 3 a water tube boiler comprises upper and lower cylinders 10 and 11 connected by a series of tubes 12. The cylinders 10 and 11 are housed in a casing 13 and the tubes 12 are enclosed in a chamber 15 defined by a side wall of the casing 13 and a partition 14 extending from the front end wall of the casing to a line close to the wall of the rear end as shown in FIG. 3. The additional tubes 16 connect the cylinders 10 and 11 and are housed in a combustion chamber 17 inside the casing on the opposite side of the partition 14 from the chamber 15.
The main stream of exhaust gases from an internal combustion turbine passes into chamber 15 at the rear end of casing 13 and exits into a chimney 18 at the front end as shown by arrows C An auxiliary stream of exhaust gas is supplied to the main stream at a point upstream of chamber 15 and after having been forced by a fan 19 into a duct 20, it passes into the combustion chamber 17 where it is burned by an additional supply of fuel oil via a burner 21.
Auxiliary current passes through the. combustion chamber 17 and exchanges its heat with the water in the tubes 16 tan say that the temperature is high, as described above. It leaves the chamber 17 through the space between the rear end wall of the casing 13 and the partition 14 and is mixed and diluted with the main stream as indicated by arrows D.
As in the previous embodiment, the appropriate control means (not shown) are provided to regulate the pressures and the fuel supply, and valves 22 are arranged to direct the flow of gases to the main streams. cipal and auxiliary.
Due to the normal conformation of the additional fuel hearth, the boiler can be used safely and economically when the engine is not running, the hearth then being the only means of heating and no longer simply the auxiliary means. .
Means can therefore be provided in each embodiment for introducing atmospheric air instead of or in addition to the auxiliary stream of the exhaust gases, for burning the additional fuel, control valves shown in 23 being provided in conduits 8 and 20 for opening, closing or adjusting the pitch of the auxiliary flow of the exhaust gases to the fuel burner.