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Perfectionnements aux dégazeurs pour chaudières.
La présente invention concerne des appareils destinés à dégazer l'eau d'alimentation des chaudières.
Il est connu que la quantité de gaz en solution dans un volume d'eau est proportionnelle à la pression de ce gaz au sein de l'eau et à la pression régnant à la surface de cette eau.
Il s'ensuit que, lorsque l'eau est portée à ébullition, aucune pression de gaz ne peut théoriquement exister au sein de l'eau ou à sa surface et que tous gaz contenus dans l'eau devraient en être chassés.
De l'eau pulvérisée au milieu de vapeur devrait se trou- ver chauffée jusqu'au point d'ébullition mais, ainsi qu'il a été constaté, une différence de température résiduelle risque de per- sister et, bien qu'une quantité considérable des gaz occlus dans l'eau soit libérée lorsque l'eau est ainsi chauffée grâce à sa pulvérisation au sein de vapeur, l'élimination de ces gaz occlus
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n'est pas suffisamment complète pour être satisfaisante pour l'emploi de cette eau dans les chaudières à haute pression main- tenant d'usage courant. Pour cet emploi il est essentiel que l'eau soit complètement débarrassée des gaz si l'on veut éviter la corrosion et ses conséquences.
Les installations de désaération nécessaires pour les chaudières modernes à haute pression doivent fonctionner d'une façon satisfaisante pour une gamme de charges très étendue de sorte que la quantité d'eau d'alimentation passant par le déga- zeur et par conséquent par les tuyères destinées à pulvériser l'eau au sein de la vapeur chauffante peut subir des variations extrêmement étendues. Au cours des recherches expérimentales faites par la demanderesse, il a été constaté que la différence de température que l'eau chauffée présente après sa pulvérisation, avec la vapeur de chauffage, dépend du degré de pulvérisation de l'eau à sa sortie des tuyères et de l'augmentation de températu- re subie par l'eau chauffée.
La demanderesse a également trouvé que le degré de pulvérisation obtenu varie notablement lorsque le débit qui passe dans une tuyère donnée diminue.
Au point de vue thermodynamique, de même qu'au point de vue de la désaération, il est souhaitable que la température de l'eau à sa sortie du dégazeur corresponde à la température de la vapeur de chauffage fournie au dégazeur.
La présente invention a pour but de réaliser un appa- reil dégazeur tel que l'eau d'alimentation en sortant se trouve dégazée à un point tel qu'il n'y existe aucune trace décelable d'oxygène ou d'autres gaz non condensables et qu'une désaération au même degré soit obtenue pour toute la gamme des débits à tra- vers le dégazeur qui sont nécessaires durant le fonctionnement des chaudières.
Ce résultat est obtenu grâce au fait que l'eau d'ali- mentation à dégazer est soumise à des actions désaérantes succes- sive s à Pintérieur de deux ou d'un plus grand nombre de chambres
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ou compartiments de pulvérisation individuels traversés en série par la vapeur de chauffage, à contre courant de l'eau d'alimen- - tation dans le dégazeur . Afin que la désaération soit complète à toutes les charges, il existe au moins une pompe de pulvérisa- tion qui aspire l'eau de la première chambre désaérante et la refoule dans la deuxième chambre désaérante, de façon qu'une pression élevée puisse être créée sur les tuyères de pulvérisa- tion de la seconde chambre, en vue d'obtenir un haut degré de pulvérisation de l'eau d'alimentation.
Des moyens sont prévus pour actionner la pompe de pul- vérisation pour une charge minimum prédéterminée ou supérieure de façon à créer une circulation convenable d'eau à travers les tuyères de pulvérisation de la seconde chambre désaérante afin d'assurer une désaération efficace même en cas de débits rela- tivement faibles de l'eau d'alimentation à travers l'appareil dégazeur. Il peut être pris des dispositions pour que la pompe de pulvérisation puisse fonctionner continuellement à son plein débit de façon que l'eau passant par les tuyères de pulvérisation dans la seconde chambre désaérante puisse circuler à débit cons- tant et continu indépendamment du débit d'arrivée d'eau d'ali- mentation à l'appareil dégazeur et du débit qui en sort.
On peut faire en sorte qu'il existe une circulation contrôlée d'eau d'un puisard ménagé à la base de la seconde cham- bre désaérante à un puisard à la base de la première chambre désaérante, la différence entre le volume d'eau d'alimentation pulvérisée par la pompe de pulvérisation et le volume exigé par la chaudière étant ainsi renvoyée de la seconde chambre désaéran- te à la première chambre désaérante dans laquelle la pompe de pulvérisation puise son eau.. Le débit de cette eau renvoyée ou surplus d'eau peut être contrôlé au moyen de seuils ou au moyen d'un dispositif à flotteur. Un dispositif à flotteur peut être prévu pour régler l'entrée de l'eau dans l'appareil dégazeur ainsi qu'un dispositif à flotteur pour régler la sortie d'eau de cet appareil .
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Il est possible de prévoir une pompe de pulvérisation séparée pour chaque chambre désaérante ce qui a pour effet d'en- tretenir une circulation continue et plus importante à travers les jeux de tuyères de pulvérisation.
Chaque chambre désaérante peut être munie d'une prise d'air séparée pour l'évacuation des gaz non condensables; chacune de ces prises de gaz non condensables peut être pourvue de son propre dévaporiseur ou condenseur par mélange ou par surface.
L'évacuation des gaz non condensables peut s'effectuer par tous moyens convenables.
La demanderesse a trouvé au cours d'essais que la cir- culation de vapeur de chauffage à travers l'appareil désaérateur chauffe l'eau d'alimentation entrant dans la première chambre de désaération jusqu'à un degré très rapproché du point d'ébulli- tion et que le gros des gaz non condensables se trouve ainsi ex- pulsé de l'eau et est évacué par la prise des gaz non condensables de cette chambre.
Il est clair par conséquent que, lorsque cette eau partiellement chauffée et dégazée est pulvérisée dans la se- conde chambre de désaération, il n'est besoin que d'un chauffage relativement faible pour la porter à la température d'ébullition correspondant à la vapeur de chauffage arrivante de sorte qu'il est possible de chauffer l'eau jusqu'à une température pour la- quelle il ne reste plus aucune pression gazeuse décelable au sein de l'eau et que la totalité des gaz résiduels non condensables contenus dans l'eau est éliminée et l'eau dégasée à un point tel qu'elle ne contient plus aucune quantité de gaz décelable.
La pompe de pulvérisation fonctionne toujours à un débit constant ou au-dessus d'un débit minimum choisi de sorte que le débit à travers la seconde chambre de désaération dépasse toujours celui de l'eau d'alimentation sortant de l'appareil dégazeur. Il y a donc ainsi une circulation d'eau continue à travers les tuyères de pulvérisation de la seconde chambre de désaération et moins on tire d'eau de l'appareil dégazeur, plus
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la quantité d'eau réintroduite dans le circuit par les tuyères de pulvérisation à l'intérieur de la seconde chambre est élevée.
Grâce à cette continuelle réintroduction dans le circuit, l'eau d'alimentation subit une action désaérante répétée et cette ac- tion répétée est des plus efficaces aux faibles et moyennes charges de sorte qu'une désaération hautement efficace est assu- rée à ces faibles et moyennes charges.
Il peut aussi exister un plus grand nombre de chambres de désaération séparées, par exemple trois, avec une pompe de pulvérisation en plus pour la troisième chambre et une circula- tion continuelle et sensiblement constante à travers les tuyères de pulvérisation de la seconde et de la troisième chambres, des dispositions étant prises pour que les chambres de désaération respectives soient traversées en série par la vapeur de chauffage dans la direction voulue. On peut prendre des dispositions pour que les deux chambres dans lesquelles la circulation est assurée par les pompes de pulvérisation soient traversées en parallèle par la vapeur avant que celle-ci ne passe dans la première cham- bre de désaération.
Des seuils appropriés peuvent être prévus pour que la variation du niveau d'eau, provoquée à l'intérieur de la première chambre par les variations du débit d'entrée de l'eau d'alimenta- tion, astreigne l'eau dégazée à se rendre de la seconde ou de la troisième chambre de distillation à un collecteur d'eau dégazée dans une mesure correspondant sensiblement à celle à laquelle l'eau d'alimentation entre dans l'appareil dégazeur.
L'eau d'alimentation est normalement tirée du dégazeur par une pompe d'extraction ayant un débit égal à celui de la pompe d'alimentation des chaudières, et des dispositions peuvent être prises pour que l'excédent du débit de cette pompe par rap- port à l'eau prélevée par la pompe d'alimentation des chaudières soit renvoyé aux tuyères de pulvérisation de la seconde ou de la troisième chambre de désaération afin d'augmenter le flux envoyé
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par la pompe de pulvérisation aux tuyères.
Afin de mieux faire comprendre l'appareil faisant l'objet de la présente invention, on va en décrire ci-après quel- ques réalisations, données uniquement à titre d'exemples, en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels les figures 1 à 4 les représentent schématiquement.
Le dégazeur représenté sur la fig. 1 comporte une en- veloppe cylindrique horizontale 1 subdivisée par des cloisons verticales telles que 2 en compartiments séparés 3, 4 et ren- fermant deux groupes de tuyères de pulvérisation 5, 5' dont cha- cun est disposé près du sommet du dégazeur de façon à faire tomber l'eau en pluie dans le compartiment dégazeur où il se trouve.
Des intervalles ménagés entre les cloisons 2 permettent la cir- culation de vapeur et d'eau d'un compartiment dégazeur à l'au- tre.
L'eau d'alimentation brute à dégazer pénètre dans le compartiment dégazeur 3 sous le contrôle d'un robinet d'entrée 6 commandé par un flotteur en fonction des variations du niveau d'eau au fond du compartiment dégazeur, l'eau d'alimentation passant de l'orifice de sortie du robinet à commande par flotteur 6 à une chambre d'entrée d'eau 7 prévue au sommet du compartiment dégazeur 3 et d'où l'eau s'écoule dans ce compartiment dégazeur 3 à travers les tuyères de pulvérisation 5.
Une prise d'air 8 est ménagée à la partie supérieure du compartiment dégazeur 3 et une petite partie de l'eau d'ali- mentation arrivante est amenée à pénétrer dans la prise d'air 8 à travers une tuyère de pulvérisation 9 de sorte que tout gaz non condensable évacué du compartiment dégazeur 3 doit traverser un rideau de gouttelettes d'eau et que les gaz non condensables sont débarrassés de vapeur dans la mesure du possible avant de quitter le dégazeur.
Une pompe de pulvérisation 10 qui a été représentée comme étant du type centrifuge est pourvue d'une tubulure d'aspi- ration 11 qui tire l'eau du fond du compartiment dégazeur 3, l'eau
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refoulée par cette pompe de pulvérisation 10 étant envoyée dans une chambre d'entrée 12 ménagée au sommet du compartiment déga- zeur 4 de sorte que l'eau débitée par la pompe 10 entre dans le compartiment dégazeur 4 à travers les tuyères de pulvérisation 5'. L'eau pulvérisée dans le compartiment 4 tombe dans un pui- sard 13 prévu au fond de ce compartiment.
La pompe d'extraction 14 associée au dégazeur et qui est du type centrifuge dans l'exemple représenté est disposée de façon à aspirer l'eau du puisard 13 au fond du compartiment 4 et à refouler cette eau dans l'aspiration de la pompe d'alimentation 15 associée à la chaudière et qui, à son tour, refoule dans la chaudière, l'ensemble du système refoulant l'eau d'alimentation se trouvant sous une pression supérieure à la pression atmosphé- rique en vue d'empêcher toute possibilité d'entrée d'air dans l'eau d'alimentation dégazée.
La pompe d'extraction associée au dégazeur peut aspi- rer dans un compartiment séparé du puisard prévu au fond du compartiment 4 de sorte que l'eau aspirée est de l'eau chaude provenant de la surface à l'intérieur du compartiment dégazeur, le niveau d'eau de ce compartiment étant réglé par un robinet d'admission à commande par flotteur, ce qui permet de faire en- trer l'eau dans le dégazeur dans la mesure même où la pompe d'extraction en tire du dégazeur.
De préférence, le débit de la pompe de pulvérisation 10 est égal ou supérieur au débit de la pompe d'extraction 14 associée au dégazeur de sorte que la quantité d'eau s'écoulant par les tuyères de pulvérisation 5' est sensiblement constante au débit maximum de la pompe de pulvérisation 10.
Comme la quantité d'eau tirée du compartiment 4 par la pompe d'extraction 14 associée au dégazeur est inférieure à cel- le que fait circuler la pompe de pulvérisation 10, le niveau d'eau dans le puisard du compartiment 4 est plus élevé que dans le compartiment 3, ce qui a pour effet de faire passer, du compar-
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timent 4 ou compartiment 3, la différence entre les débits des pompes respectives, soit par dessus un seuil constitué par une cloison 2, soit par un seuil indépendant submergé.
L'eau que fait circuler la pompe de pulvérisation 10 est par conséquent de l'eau d'alimentation qui est déjà passée par les tuyères de pulvérisation 5, augmentée de l'excédent d'eau débité par les tuyères de pulvérisation 5' et qui n'a pas été enlevé par la pompe d'extraction 14 du dégazeur . La totalité de l'eau enlevée par la pompe d'extraction 14 du dégazeur a su- bi la double action désaérante des compartiments dégazeurs 3, 4 fonctionnant en série, cependant qu'une certaine quantité de 1' eau d'alimentation aura traversé le compartiment dégazeur 4 à plusieurs reprises.
La pompe de pulvérisation 10 et la pompe d'extraction 14 du dégazeur peuvent être entraînées, soit par un moteur com- mun ou une turbine à vapeur commune, soit d'une manière tout-à- fait indépendante.
Une prise 10 pour l'évacuation des gaz non condensables est prévue au sommet du compartiment dégazeur 4 et cette prise est équipée d'une tuyère de pulvérisation 17 à laquelle une cer- taine quantité de l'eau refoulée par la pompe de pulvérisation 10 est acheminée en vue de débarrasser de toute vapeur, autant que faire se peut, les gaz non condensables évacués du compartiment 4.
Les gaz non condensables évacués des compartiments 3, 4 peuvent être dirigés vers tout dispositif convenable de produc- tion de vide ou vers un point de pression inférieure à celle régnant à l'intérieur des compartiments dégazeurs.
De la vapeur de chauffage est introduite dans le compartiment dégazeur 4 au-dessus du niveau d'eau contenu au fond de ce compartiment et passe à travers le rideau d'eau produit par les tuyères de pulvérisation 5' Une cloison verticale oblige la vapeur de chauffage à remonter dans le compartiment 4 à contre courant de l'eau tombant des tuyères de pulvérisation 5', tandis
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que la vapeur de chauffage dans le compartiment dégazeur 3 cir- cule à contre-courant de l'eau sortant des tuyères de pulvérisa- tion 5.
Des plaques perforées d'arrosage 18,sont disposées dans chaque compartiment dégazeur sous les tuyères de pulvérisa- tion afin de faire subir à l'eau qui tombe une action de pulvé- risation complémentaire avant que cette eau ne parvienne aux puisard à la base des compartiments.
Pratiquement, tout le chauffage de l'eau d'alimentation s'effectue à l'intérieur du compartiment dégazeur 3 et le gros des gaz non condensables contenus dans l'eau d'alimentation ar- rivant dans ce compartiment est évacué par la prise des gaz non condensables.
La pression de refoulement de la pompe de pulvérisa- tion et la forme des tuyères de pulvérisation sont telles qu'une notable pression est utilisée à la pulvérisation de l'eau à travers les tuyères de pulvérisation assurant ainsi un degré d'atomisation très élevé; l'eau est ainsi divisée en particules infimes ce qui permet de la chauffer à un point correspondant à la température de saturation delà vapeur de chauffage de sorte que tous les gaz non condensables en sont chassés et évacués par la prise de gaz non condensables.
L'eau tombant dans le fond du compartiment dégazeur 4 se trouve par conséquent portée à une température correspondant à la température de saturation de la vapeur de chauffage arrivante et les gaz non condensables sont chassés de sorte que l'eau est maintenant disponible pour être évacuée de l'installation de désaération sans contenir de trace décelable de gaz non condensables tels que l'oxygène ou le gaz carbonique.
Le volume d'eau passant par les tuyères de pulvérisa- tion 5' est sensiblement constant de sorte que le degré d'atomi- sation du jet à l'intérieur du compartiment 4 est également main- tenu plus ou moins constant, ce résultat étant obtenu indépendam-
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ment de la mesure dans laquelle l'eau d'alimentation dégazée est envoyée à la chaudière ou de celle dans laquelle l'eau d'alimen- tation qui arrive est introduite dans le dégazeur. L'efficacité du chauffage de l'eau d'alimentation et de sa désaération est ainsi maintenue au degré élevé désiré pour toute la gamme des charges variables de la ou des chaudières.
Comme, d'autre part, le débit de la pompe de pulvérisa- tion est à tout moment supérieur au débit d'eau d'alimentation envoyée à la chaudière, une certaine proportion de l'eau d'ali- mentation arrivante se trouve en circulation continuelle à tra- vers les tuyères de pulvérisation du compartiment dégazeur 4 et cette proportion est d'autant plus importante que la charge de la chaudière est plus faible de sorte qu'aux faibles charges pour lesquelles l'installation de désaération est généralement inefficace, l'efficacité du compartiment dégazeur 4 est conservée quel que soit le débit d'eau envoyé à la chaudière.
Dans la disposition représentée sur la fig. 2, l'arri- vée d'eau au dégazeur est contrôlée par un robinet 19 à commande par flotteur en fonction du niveau d'eau au fond du compartiment dégazeur 4.
Dans cette même disposition, le refoulement de la pom- pe d'extraction du dégazeur peut être relié en parallèle au re- foulement de la pompe de pulvérisation débitant dans la chambre d'entrée d'eau qui communique avec les tußères de pulvérisation dans le compartiment dégazeur 4, grâce à quoi la différence entre le débit de la pompe d'extraction et celui de l'eau nécessaire à la chaudière peut être utilisé pour augmenter le flux d'eau à travers les tuyères de pulvérisation 5' dans le compartiment dé- gazeur 4. Il s'ensuit une augmentation de la quantité d'eau cir- culant en circuit fermé ce qui a pour effet d'assurer une action désaérante répétée sur la plus grande quantité d'eau possible.
Lorsqu'il existe un bac d'alimentation extérieur 20, comme représenté sur la fig. 2, on prévoit une communication entre ce bac d'alimentation extérieur 20 et la conduite 21 entre la ,POMPE d'extraction 14 du dégazeur et la pompe d'alimentation
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15 de la chaudière, la dite conduite 21 étant munie d'une valve de retenue 22 qui permet à l'eau d'aller d'une pompe d'alimenta- tion 23 à l'aspiration de la pompe d'alimentation de chaudière, mais l'empêche de passer de la pompe d'extraction 14 du dégazeur au bac d'alimentation 20. En cas d'une rupture quelconque ou d'une perturbation dans l'installation de désaération, la pompe d'ali- mentation 15 de la chaudière peut au besoin aspirer l'eau direc- tement du bac d'alimentation 20.
Bien entendu, les dimensions de l'appareil dégazeur peuvent être choisies de telle manière que les puisards au fond de l'appareil dégazeur soient suffisants pour faire face aux besoins normaux de variation de l'alimentation de la chaudière, sans le secours d'un bac d'alimentation extérieur.
Dans la disposition représentée sur la fig. 3, l'appa- reil dégazeur est monté sur le sommet d'un collecteur fermé et séparé 24 d'eau dégazée, l'eau pouvant s'écouler librement par dessus un seuil 25 disposé à l'intérieur du compartiment déga- zeur 4 et pénétrer directement dans le collecteur d'eau dégazée 24 de sorte que l'eau sort de l'installation de désaération et pénètre dans le collecteur sensiblement dans la même mesure que l'eau d'alimentation arrivante pénètre dans l'installation de désaération par le compartiment dégazeur 3. Cette disposition ne nécessite aucun-dispositif à flotteur.
Une conduite de compensa- tion 26 équilibrant la pression de la vapeur est prévue entre l'appareil dégazeur et le collecteur 24 afin de permettre la circulation de la vapeur entre le réservoir et le dégazeur au fur et à mesure que varie le niveau d'eau dans le collecteur 24.
Tandis que les figs. 1 à 3 représentent un appareil dé- gazeur qui comporte une enceinte horizontale cloisonnée vertica- lement pour former deux compartiments de désaération, la fig. 4 représente une variante dans laquelle les deux compartiments dé- gazeurs 3 et 4 sont disposés l'un au-dessus de l'autre à l'inté-
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rieur d'une enveloppe cylindrique verticale. Dans cette disposi- tion, le compartiment dégazeur 4' surplombe le compartiment dé- gazeur 3' de sorte que l'eau peut s'écouler par gravité du compar- timent dégazeur 4' au compartiment dégazeur 3', un déversoir 27 étant prévu à cet effet.
Une installation de désaération conforme à la présente invention peut comporter deux ou plus de deux compartiments dé- gazeurs fonctionnant en série avec le premier compartiment dé- gazeur recevant l'eau brute. Chaque compartiment peut être pourvu d'une pompe de pulvérisation séparée ou bien une seule et commune pompe de pulvérisation peut être utilisée pour travailler avec le second compartiment en parallèle.
Bien entendu,l'invention n'est nullement limitée aux diverses formes de réalisation décrites ci-dessus qui n'ont été données qu'à titre d'exemples indicatifs et non limitatifs.