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Perfectionnements aux groupes générateurs et surchauffeurs de' vapeur.
Cette invention se rapporte à des groupes générateurs et surchauffeurs de vapeur. On a déjà proposé divers types de construction de générateurs surchauffeurs de vapeur propres à as- surer une grande production de vapeur à haute pression et à tem- pérature de surchauffe élevée et notamment un type comportant un foyer avec tubes de paroi chauffe-fluide, un parcours de convec- tion contenant un surchauffeur et un passage de gaz délimité par des tubes chauffe-fluide et disposé entre le foyer et le parcours de convection, le foyer, le passage de gaz et le parcours de con- vection étant établis dans une monture commune.
Des groupes de ce genre sont décrits, par exemple, dans les brevets anglais Nos.532.245 et 534.279. L'invention vise à fournir des groupes générateurs et surchauffeurs de vapeur de ce genre, l'un des buts étant d'é- tablir un groupe de construction compacte et économique. Un autre but est de construire un groupe fonctionnant avec refroidissement @
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du courant des gaz de combustion d'une manière avantageuse avant qu'il ne se heurte au surchauffeur.
Un autre but est de créer un groupe générateur et surchauffeur de vapeur perfectionné du type comportant une cham- bre de combustion pourvue de brûleurs à charbon pulvérisé sus- ceptible de produire une colonne ascendante de particules en igni- tion tournant autour d'un axe vertical. Le fonctionnement d'un groupe de ce genre de grande capacité est sujet à des difficultés en raison de la production d'un noyau de température relative- ment élevée dans les gaz de combustion en tourbillonnement, car ce noyau peut donner lieu à de la scorification et/ou à des dé- tériorations au surchauffeur dans le parcours de convection. Un but de l'invention est par conséquent d'éviter ou de réduire ce danger.
La présente invention concerne un groupe générateur et surchauffeur de vapeur comportant un foyer ou une chambre de com- bustion pourvus de tubes de paroi chauffe-fluide et dont la par- tie inférieure est munie de brûleurs à charbon pulvérisé suscep- tibles de produire une colonne ascendante de particules en igni- tion tournant autour d'un axe vertical tandis que la partie su- périeure relativement étroite communique avec un passage délimité par des tubes chauffe-fluide et menant de haut en bas à la base d'un parcours de convection s'étendant de bas en haut et contenant un surchauffeur.
L'invention concerne aussi un groupe générateur surchauf- feur de vapeur comportant un foyer ou chambre de combustion pour- vusde tubes de paroi chauffe-fluide et dont la partie inférieure est munie de dispositifs d'amenée de combustible, tandis que la partie supérieure relativement étroite communique avec un passa- ge délimité par des tubes chauffe-fluide et conduisant de haut en bas à la partie inférieure d'un parcours de convection s'éten- dant de bas en haut et contenant un surchauffeur, la chambre de
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combustion, le passage et le parcours de convection étant établis à l'intérieur d'une monture commune, où le passage et le parcours de convection se trouvent entièrement au-dessus de la partie inférieure de la chambre de combustion.
L'invention concerne en outre un groupe générateur et surchauffeur de vapeur comportant une chambre de combustion pour- vue de tubes de paroi chauffe-fluide et dont la partie inférieu- re est munie de dispositifs d'amenée de combustible, tandis que la partie supérieure relativement étroite est susceptible de recevoir une injection de fluide gazeux relativement froid et communique avec un passage délimité par des tubes chauffe-fluide et menant de haut en bas à la base d'un parcours de convection s'étendant de bas en haut et contenant un surchauffeur.
L'invention sera décrite ci-dessous, à titre d'exemple, avec référence aux dessins partiellement schématiques annexés, dans lesquels:
Fig. 1 est une élévation partiellement en coupe d'un groupe générateur surchauffeur de vapeur;
Fig. 2 est une vue en plan partiellement en coupe hori- zontale montrant la manière dont les brûleurs à-charbon pulvé- risé sont disposés aux angles de la partie inférieure de la cham- bre de combustion du groupe, et
Fig. 3 est une coupe verticale perpendiculaire à la Fig. 1 d'une partie du groupe, les côtés de gauche et de droite étant vus respectivement suivant les lignes IIIa-IIIa et IIIb-IIIb de la Fig. 1.
Sur ces dessins, on voit que la partie inférieure 1 de la chambre de combustion 2 de la chaudière à vapeur est établie de manière que la distance entre une paroi verticale 3 (qui sera appelée la paroi avant) et une paroi verticale 4 (qui sera appelée la paroi arrière) soit sensiblement égale à celle qui sépare les parois latérales 5.
La chambre à combustion est destinée à être @
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chauffée au moyen de brûleurs à charbon pulvérisé disposés au quatre angles de la chambre de combustion et auxquels l'air secondaire est amené par les arrivées 6 et l'air primaire de même que le charbon pulvérisé par les arrivées 7 dont les axes de refoulement sont tangentiels à un cercle commun ayant son centre sur l'axe vertical de la partie inférieure de la chambre de combustion, les refoulements vus en plan se faisant tous dans le même sens, opposé au mouvement des aiguilles d'une montre.
La paroi avant 3 s'élève verticalement et forme la paroi avant de la partie supérieure 8 de la chambre de combus- tion, et directement au-dessus de la paroi avant se trouve un corps cylindrique unique de vapeur et d'eau 9 de la chaudière, disposé transversalement, jusqu'au niveau ou près du niveau duquel s'élèvent verticalement les parois avant et arrière 3 et 4 et les parois latérales 5. Les parois avant et arrière 3 et 4 convergent l'une vers l'autre en leur partie inférieure pour donner à la chaudière un fond 10 en forme de trémie.
La paroi antérieure 3 est garnie d'une rangée 11 de tubes d'eau s'étendant entre un collecteur inférieur approprié 12 et le corps cylindrique 9, et chaque paroi latérale 5 est gar- nie d'une rangée 13 de tubes d'eau s'étendant entre des collec- teurs inférieurs appropriés 14, 15 et 16 et des collecteurs su- périeurs appropriés 17 et 18 d'où des circulateurs mènent au corps cylindrique. En ce qui concerne le refroidissement de la paroi arrière 4, l'installation comporte un collecteur inférieur 19 d'où part une rangée 20 de tubes d'eau tangents garnissant la paroi arrière à la partie inférieure de la chambre de combustion, et un autre collecteur 21 disposé derrière la paroi d'eau.
Au sommet de la partie inférieure de la chambre de combustion trois tubes par groupe de quatre tubes adjacents de la rangée 20 sont recourbés vers l'avant et dirigés en pente raide
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de bas en haut en une rangée 25 de tubes équidistants qui portent des produits ou matériaux réfractaires pour former une chicane 26 qui dirige les gaz ascendants vers l'avant dans la partie supérieure 8 de la chambre de combustion. Au sommet de la chicane les tubes de la rangée 25 sont recourbés par groupes de trois dans des plans verticaux,équidistants perpendiculaires à la paroi 3 et en trois rangées latérales verticales, pour former un écran de délimitation 27 délimitant la partie supérieure de la chambre à combustion vers l'arrière.
Les gaz de la partie supérieure de celle-ci s'écoulent vers l'arrière au travers de l'écran 27 dans un passage de gaz 28 derrière celui-ci, qui est limité à l'arrière par une rangée 29 de tubes d'eau tangents verticaux, un parcours de convection vertical 30 s'étendant entre ces tubes tangents et la partie supérieure de la paroi arrière 4. Au-dessous du par- cours de convection 30 se trouve un écran 31 consistant en des groupes équidistants chacun de quatre tubes parallèles à la rangée de tubes 25. Les tubes de l'écran 31 s'étendent du collec- teur 21 et sont ensuite alignés dans un même plan pour former la rangée 29.
Quelques uns des tubes de la rangée 29 au sommet du passage de gaz 28 sont recourbés de haut en bas vers l'avant et sont garnis de produits réfractaires pour former un ciel 32 à la partie supérieure de la chambre de combustion et du passage des gaz. Du collecteur 21 s'étend aussi une rangée 33 de tubes d'eau qui contribuent à garnir la partie supérieure de la paroi arrière 4. Les différents tubes qui partent des collecteurs 19 et 20 sont convenablement amenés en leurs extrémités supérieures vers le corps cylindrique 9 auquel ils sont raccordés.
Les collecteurs 12, 14, 15, 16, 19 et 21 sont alimen- tés d'eau au moyen de tubes de descente qui partent du corps cylindrique et descendent d'abord verticalement en deux rangées 25 et 26 devant la paroi avant 3 pour se diriger ensuite vers les divers collecteurs.
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La paroi avant 3 est percée en regard de l'écran de délimitation 27 d'une rangée s'étendant d'une paroi latérale à l'autre, d'un nombre approprié de lumières d'arrivée d'air 40 pour l'admission d'air de combustion tertiaire dans la partie supérieure 8 de la chambre de combustion.
A l'intérieur du parcours de convection 30 est monté un surchauffeur comportant des sections supérieure et inférieure 41 et 42 respectivement, les tubes de la section supérieure étant raccordés directement au tambour 9 et à un collecteur de sortie 43, tandis que les tubes-de la section inférieure sont raccordés à des collecteurs supérieur et inférieur 44 et 45, res- pectivement. La section supérieure est formée de deux parties espacées. Chaque tube de chaque section de surchauffeur comprend un certain nombre de tronçons de tubes disposés dans un plan vertical et raccordés par les coudes de retour, la disposition étant telle que le surchauffeur peut être purgé facilement.
Du sommet du parcours de convection les gaz passent dans une conduite de gaz 46, dirigée vers l'arrière, qui mène à un parcours descendant approprié (non représenté), dans lequel un économiseur et un réchauffeur d'air sont disposés dans le trajet du courant de gaz. Le ciel 32 est percé au-dessus du pas- sage de gaz 28 d'une rangée d'ouvertures qu'on peut fermer par des clapets 47 actionnés par des dispositifs appropriés, non représentés, de l'extérieur de la monture ou carcasse fixe de l'installation. Lorsque les clapets 47 sont ouverts, les gaz sont susceptibles de s'écouler du sommet du passage de gaz 28 dans le conduit 46 sans traverser le passage de gaz 28 et le par- cours de convection 30.
Le passage des gaz 28 a une plus faible profondeur de l'avant à l'arrière ou largeur que la partie supérieure 8 de la chambre de combustion.
A l'extrémité inférieure de la chicane 26, une rangée
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d'ouvertures 48 est ménagée dans la paroi arrière 4 de la carcasse,à travers lesquelles on peut retirer les matières so- lides déposées au-dessous du parcours de convection.
Des éléments super-jacents (non représentés) d'une ossature de support de la chaudière supportent le corps cylin- drique au moyen de pièces d'écharpe 50 et, par l'intermédiaire du corps cylindrique, la paroi avant 3, chaque paroi latérale 5, par l'intermédiaire de ses collecteurs 17 et 18, par des dispo- sitifs de suspension appropriés en des endroits 51, et les tubes de l'écran de limitation 27, les tubes de la rangée 29 et la paroi arrière 4 par des dispositifs de suspension appropriés en rangées latérales en des endroits 52, 53 et 54 respectivement.
Lorsque le groupe est en service, la chicane fortement inclinée 26 tend, par suite du tpurbillonnement de la colonne de gaz ascendante à produire un certain degré de turbulence et par conséquent de mélange des gaz . En outre, la chicane favorise encore davantage le mélange en donnant naissance à une composante latérale du mouvement dans une partie de la colonne de gaz ascen- dante. Lorsqu'elle arrive dans la partie supérieure 8 de la cham- bre de combustion la colonne de gaz est étranglée et sa largeur, y compris tout noyau à température élevée, est réduite à un tel point que dans la partie supérieure de la chambre de combustion le noyau est énergiquement refroidi par rayonnement à l'écran de tubes d'eau 27 situé devant le passage 28 et à la partie en re- gard de la paroi refroidie 3 de la partie supérieure de la cham- bre de combustion.
En passant au travers de l'écran de tubes 27 devant le passage et au travers de l'écran de tubes 31 en avant du parcours de convection, les gaz sont refroidis par convection et comme le passage est plus étroit que la partie supérieure de la chambre de combustion on obtiendra un refroidissement rapide des gaz par rayonnement aux tubes dans les écrans, dans la chicane
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et dans la paroi 29 entre le passage et le parcours de convection.
Un mélange plus intime se produit par suite du mouvement tournant qu'exécute le courant de gaz en passant de la chambre de combus- tion dans le parcours de convection. Il en résulte que le sur- chauffeur est efficacement protégé contre une chauffe trop vio- lente et que des dépôts de scorie fondue ne peuvent s'y effectuer.
La disposition verticale de l'écran de tubes devant le passage tend à réduire au minimum l'accumulation de scorie sur ses tubes.
En service,la majeure partie des scories se sépa- re des gaz dans la chambre de combustion tandis que d'autres particules solides se séparent des gaz, par suite de la pesanteur et de la force centrifuge, dans le passage sous le parcours de convection. Comme la chicane est fortement inclinée, les matiè- res qui s'y déposent y glissent de'haut en bas vers les ouver- tures de décharge 48.
L'air de combustion tertiaire, admis par les lu- mières 40 contribue à réduire la température du noyau de gaz anormalement chauds dans la colonne de gaz du foyer.
Au lieu d'air de combustion tertiaire, un fluide ga- zeux relativement froid et qui est neutre peut être injecté dans la chambre de combustion par les lumières d'admission d'air 40 pour contribuer au refroidissement du courant des gaz de combus- tion, par exemple une partie des gaz de combustion qui a été re- tirée, par un ventilateur de remise en circulation, du courant des gaz de combustion après qu'il a passé à travers l'économiseur. En faisant varier la quantité de fluide gazeux neutre relativement froid injecté on peut assurer le contrôle de la surchauffe.
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Improvements to steam generators and superheaters.
This invention relates to groups for generating and superheating steam. Various types of construction of steam superheating generators have already been proposed which are suitable for ensuring a large production of steam at high pressure and at high superheating temperature and in particular a type comprising a furnace with fluid-heating wall tubes, a convection path containing a superheater and a gas passage delimited by fluid heating tubes and arranged between the furnace and the convection path, the furnace, the gas passage and the convection path being established in a mount common.
Groups of this kind are described, for example, in British Patents Nos. 532,245 and 534,279. The invention aims to provide groups for generating and superheating steam of this kind, one of the objects being to establish a unit of compact and economical construction. Another goal is to build a group operating with cooling @
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of the combustion gas stream in an advantageous manner before it collides with the superheater.
Another object is to create an improved steam generator and superheater of the type comprising a combustion chamber provided with pulverized carbon burners capable of producing an ascending column of igniting particles rotating around a vertical axis. . The operation of such a large capacity group is subject to difficulty due to the production of a relatively high temperature core in the swirling flue gases, as this core can give rise to slagging. and / or to damage to the superheater in the convection path. An object of the invention is therefore to avoid or reduce this danger.
The present invention relates to a steam generator and superheater unit comprising a furnace or a combustion chamber provided with fluid-heating wall tubes and the lower part of which is provided with pulverized carbon burners capable of producing a column. ascending particles in ignition revolving around a vertical axis while the relatively narrow upper part communicates with a passage delimited by fluid heating tubes and leading up and down to the base of a convection path s 'extending from bottom to top and containing a superheater.
The invention also relates to a steam superheating generator group comprising a hearth or combustion chamber provided with fluid-heating wall tubes and the lower part of which is provided with fuel supply devices, while the upper part relatively. narrow communicates with a passage delimited by fluid heating tubes and leading from top to bottom to the lower part of a convection path extending from bottom to top and containing a superheater, the chamber of
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combustion, the passage and the convection path being established within a common mount, where the passage and the convection path are entirely above the lower part of the combustion chamber.
The invention further relates to a steam generator and superheater unit comprising a combustion chamber provided with fluid-heating wall tubes, the lower part of which is provided with fuel supply devices, while the upper part relatively narrow is capable of receiving an injection of relatively cold gaseous fluid and communicates with a passage delimited by fluid heating tubes and leading from top to bottom at the base of a convection path extending from bottom to top and containing a superheater.
The invention will be described below, by way of example, with reference to the attached partially schematic drawings, in which:
Fig. 1 is a partially sectional elevation of a steam superheater generator group;
Fig. 2 is a plan view partially in horizontal section showing how the pulverized coal burners are arranged at the corners of the lower part of the combustion chamber of the group, and
Fig. 3 is a vertical section perpendicular to FIG. 1 of part of the group, the left and right sides being seen respectively along lines IIIa-IIIa and IIIb-IIIb of FIG. 1.
In these drawings, it can be seen that the lower part 1 of the combustion chamber 2 of the steam boiler is established so that the distance between a vertical wall 3 (which will be called the front wall) and a vertical wall 4 (which will be called the rear wall) is substantially equal to that which separates the side walls 5.
The combustion chamber is intended to be @
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heated by means of pulverized coal burners arranged at the four corners of the combustion chamber and to which the secondary air is supplied by the inlets 6 and the primary air as well as the pulverized coal by the inlets 7, the delivery axes of which are tangential to a common circle having its center on the vertical axis of the lower part of the combustion chamber, the discharges seen in plan all being in the same direction, opposite to the clockwise movement.
The front wall 3 rises vertically and forms the front wall of the upper part 8 of the combustion chamber, and directly above the front wall is a single cylindrical body of steam and water 9 of the combustion chamber. boiler, arranged transversely, up to or near the level of which vertically rise the front and rear walls 3 and 4 and the side walls 5. The front and rear walls 3 and 4 converge towards each other at their lower part to give the boiler a bottom 10 in the form of a hopper.
The front wall 3 is lined with a row 11 of water tubes extending between a suitable lower manifold 12 and the cylindrical body 9, and each side wall 5 is lined with a row 13 of water tubes. extending between suitable lower manifolds 14, 15 and 16 and suitable upper manifolds 17 and 18 from which circulators lead to the cylindrical body. As regards the cooling of the rear wall 4, the installation comprises a lower manifold 19 from which starts a row 20 of tangent water tubes lining the rear wall at the lower part of the combustion chamber, and another collector 21 disposed behind the water wall.
At the top of the lower part of the combustion chamber three tubes per group of four adjacent tubes in row 20 are curved forward and directed steeply.
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from bottom to top in a row 25 of equidistant tubes which carry refractory products or materials to form a baffle 26 which directs the ascending gases forward in the upper part 8 of the combustion chamber. At the top of the baffle, the tubes of row 25 are bent in groups of three in vertical planes, equidistant perpendicular to the wall 3 and in three vertical lateral rows, to form a delimiting screen 27 delimiting the upper part of the chamber. combustion backwards.
The gases from the upper part thereof flow rearwardly through the screen 27 into a gas passage 28 behind it, which is limited at the rear by a row 29 of tubes. water vertical tangents, a vertical convection path 30 extending between these tangent tubes and the upper part of the rear wall 4. Below the convection path 30 is a screen 31 consisting of equidistant groups each of four. tubes parallel to the row of tubes 25. The tubes of the screen 31 extend from the manifold 21 and are then aligned in the same plane to form the row 29.
Some of the tubes in row 29 at the top of gas passage 28 are curved up and down forward and are lined with refractories to form a sky 32 at the top of the combustion chamber and gas passage. . From the collector 21 also extends a row 33 of water tubes which contribute to lining the upper part of the rear wall 4. The various tubes which leave the collectors 19 and 20 are suitably brought at their upper ends towards the cylindrical body 9. to which they are connected.
The collectors 12, 14, 15, 16, 19 and 21 are supplied with water by means of down tubes which start from the cylindrical body and first descend vertically in two rows 25 and 26 in front of the front wall 3 to end up. then direct to the various collectors.
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The front wall 3 is pierced opposite the delimiting screen 27 of a row extending from one side wall to the other, with an appropriate number of air inlet ports 40 for the admission. of tertiary combustion air in the upper part 8 of the combustion chamber.
Inside the convection path 30 is mounted a superheater comprising upper and lower sections 41 and 42 respectively, the tubes of the upper section being connected directly to the drum 9 and to an outlet manifold 43, while the tubes-de the lower section are connected to upper and lower manifolds 44 and 45, respectively. The upper section is formed of two spaced parts. Each tube of each superheater section includes a number of tube sections arranged in a vertical plane and connected by return elbows, the arrangement being such that the superheater can be easily vented.
From the top of the convection path the gases pass through a gas line 46, directed backwards, which leads to a suitable downward path (not shown), in which an economizer and an air heater are disposed in the path of the convection. gas stream. The cover 32 is pierced above the gas passage 28 with a row of openings which can be closed by valves 47 actuated by suitable devices, not shown, from the outside of the fixed frame or frame. of the installation. When the valves 47 are open, the gases are able to flow from the top of the gas passage 28 into the conduit 46 without passing through the gas passage 28 and the convection path 30.
The gas passage 28 has a shallower depth from front to rear or width than the upper part 8 of the combustion chamber.
At the lower end of chicane 26, a row
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openings 48 are provided in the rear wall 4 of the carcass, through which the solids deposited below the convection path can be removed.
Superjacent elements (not shown) of a supporting frame of the boiler support the cylindrical body by means of scarf pieces 50 and, through the cylindrical body, the front wall 3, each side wall. 5, through its collectors 17 and 18, by appropriate suspension devices at locations 51, and the tubes of the limitation screen 27, the tubes of row 29 and the rear wall 4 by suitable hangers in side rows at locations 52, 53 and 54 respectively.
When the unit is in service, the steeply inclined baffle 26 tends, as a result of the turbulence of the ascending gas column, to produce a certain degree of turbulence and therefore gas mixing. In addition, the baffle further promotes mixing by giving rise to a lateral component of movement in a portion of the riser gas column. When it arrives in the upper part 8 of the combustion chamber the gas column is constricted and its width, including any high temperature core, is reduced to such an extent that in the upper part of the combustion chamber the core is energetically cooled by radiation at the water tube screen 27 located in front of the passage 28 and at the part facing the cooled wall 3 of the upper part of the combustion chamber.
By passing through the tube screen 27 in front of the passage and through the tube screen 31 in front of the convection path, the gases are cooled by convection and since the passage is narrower than the top of the convection path. combustion chamber rapid cooling of the gases by radiation to the tubes in the screens, in the baffle
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and in the wall 29 between the passage and the convection path.
More intimate mixing occurs as a result of the rotating motion of the gas stream passing from the combustion chamber into the convection path. As a result, the superheater is effectively protected against excessive heating and no deposits of molten slag can occur there.
The vertical arrangement of the tube screen in front of the passage tends to minimize the accumulation of slag on its tubes.
In service, most of the slag separates from the gases in the combustion chamber, while other solid particles separate from the gases, due to gravity and centrifugal force, in the passage under the convection path. . As the baffle is steeply inclined, material deposited therein slides up and down towards the discharge openings 48.
The tertiary combustion air admitted by the lights 40 contributes to reducing the temperature of the core of abnormally hot gases in the gas column of the fireplace.
Instead of tertiary combustion air, a relatively cool and neutral gaseous fluid can be injected into the combustion chamber through the air intake ports 40 to aid in cooling the flue gas stream. eg a portion of the flue gas which has been removed, by a recirculation fan, from the flue gas stream after it has passed through the economizer. By varying the quantity of relatively cold neutral gaseous fluid injected, it is possible to control the superheating.
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