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PERFECTIONNEMENTS AUX GROUPES GENERATEURS ET SURCHAUFFEURS DE VAPEUR ET AU REGLAGE DE LA TEMPERATURE DE LA VAPEUR SURCHAUFFEE. @
Cette invention concerne les groupes générateurs et surchauffeurs de vapeur du genre comprenant une chambre de combustion refroidie par une circulation de liquide, entièrement ou principalement délimitée par des tubes vaporisants chauffés par rayonnement et un parcours de gaz partant dela chambre de combustion et contenant des dispositifs échangeurs de chaleur à convection comprenant un réchauffeur de vapeur et elle se rapporte plus.
particulièrement à un procédé et un appareil pour régler la température de surchauffe de la vapeur dans un groupe brûlant un combustible liquide du genre décrit, par la remise en circulation dans la chambre de combustion de gaz de combustion refroidis par contact avec des surfaces d'échange de chaleur par convection, et de manière à assurer une réduction du degré d'absorption de la chaleur par la paroi de la chambre de combustion en augmentant ainsi d'une manière correspondante la quantité de chaleur contenue dans les gaz quittant le foyer et par conséquent la quantité de chàleur disponible pour la surchauffe par convection.
Si dans des groupes générateurs de vapeur du genre décrit les gaz de carneaux remis en circulation étaient intimement mélangés à l'air comburant amené aux brûleurs à combustible liquide, le degré d'absorption de chaleur par les parois du foyer serait théoriquement réduit par la diminution de la température maximum des gaz de combustion par suite de l'augmentation du pourcentage de gaz inertes dans la zone de combustion et le retardement résultant de 1%allure de la combustion du combustible en ignition. Dans ce cas la quantité de chaleur contenus de ce courant de gaz quittant la chambre de combustion sera augmentée d'une façon correspondante, qe qui fait que la quantité de chaleur disponible pour le surchauffeur à convection sera plus grande que si cette remise en circulation du gaz n'était pas appliquée.
L'augmentation de la quantité de chaleur contenue dans les
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gaz dépend d'un certain nombre facteurs, parmi lesquels on peut citer la longueur et la forme du parcours de gaz dans le foyer et sa grandeur relative par rapport à la surface d'absorption de chaleur des parois de la chambre de combustion..Si ce système de recirculation des gaz devait être employé dans un groupe générateur de vapeur pourvu d'une chambre de combustion allongée dans le sens vertical, délimitée par des parois verticales ou montantes refroidies par circulation d'un fluide, chauffée par un ou plusieurs brûleurs à combustible pulvérisé montés dans le ciel de la chambre de combustion en des points espacés des parois verticales et aménagés de façon à décharger de haut en bas un mélange combustible de com-,
bustible pulvérisé et d'aire la hauteur de la chambre étant telle que normalement la combustion du combustible est pour ainsi dire complète avant que le courant des produits gazeux de la combustion ne soit dévié latéralement à un niveau situé au-dessus du fond de la chambre de combustion pour se rendre ensuite de bas en haut dans un parcours de gaz à convection placé le long de cette chambre et contenant un surchauffe-or de vapeur agissant par convection, l'addition de gaz de carneaux en recirculation à l'air comburant avant son arrivée aux brûleurs donnerait lieu à une augmentation de la masse et de la vitesse du courant de gaz circulant de haut en bas dans la chambre de combustion.
Ceci tendrait à faire descendre le courant gazeux verticalement plus bas dans la chambre de combustion avant que le tirage du foyer ne renverse le sens du mouvement et ne fasse dévier le courant gazeux de bas en haut dans le parcours de gaz à convection. Ce trajet plus long des gaz augmenterait la transmission de chaleur par rayonnement à la surface de chauffe des parois de la chambre de combustion-dans la partie de cette dernière située au-dessous du niveau de la sortie des gaz et réduirait d'une façon correspondante la quantité de chaleur contenue dans les gaz quittant la chambre de comtustion. Ainsi, la chaleur disponible pour la surchauffe dépendrait du changement net de la quantité de chaleur contenue dans les gaz par suite des deux effets opposés ci-dessus décrits.
La présente invention permet de régler plus efficacement les températures de surchauffe de la vapeur sur une gamme de charges relativement large dans les groupes générateurs de vapeur à flammes descendantes du genre décrit., par l'introduction de gaz de carneau relativement froids en recirculation, directement dans la chambre de combustion d'une façon appropriée pour réduire ou éviter tout obstacle à l'allumage et à la combastion du combustible et cependant de façon à régler d'une manière ajustable la quantité de chaleur absorbée par rayonnement dans une aire déterminée de la surface des tubes de parois de la chambre de combustion, afin de régler ainsi la quantité de chaleur contenue dans les gaz quittant cette chambre et par conséquent la quantité de chaleur disponible pour la surchauffe de la vapeur par convection.
L'invention est réalisée en interposant une couche mobile de gaz remis en circulation entre le courant de combustible brûlant à haute température et une partie au moins de la surface de la paroi de la chambre de combustion pour réduire l'absorption de chaleur de rayonnement des tubes recouverts des parois de la chambre de combustion et augmenter de ce fait la quantité de chaleur-contenue dans les gaz quittant la chambre de combustion.
Lorsque des gaz remis en circulation sont introduits dans une chambre de combustion sous forme d'un matelas entre le courant de combustible brûlant à haute température et la surface des parois de la chambre, 1' avantage de la réduction ou de l'élimination de l'opposition à l'allumage et à la combustion et l'efficacité du matelas interposé dans les tubes de parois de la chambre munis de leur garniture, peuvent être partiellement perdus par une dissipation prématurée de la couche par suite de son aspiration avec le courant d'air et de combustible entrant.
On peut éviter ce danger en introduisant les gaz en recirculation sous forme d'un matelas ou d'une couche circulant le long de la surface de la paroi dans une direction sensiblement parallèle à la direction de l'écoulement du courant de
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combustible enflammé et à une vitesse appropriée.
La présente invention comprend le mode de réglage de la tempé- rature de la vapeur surchauffée dans un générateur de vapeur tubulaire pour- vu d'une chambre de combustion refroidie par circulation d'un fluide, pour la combustion de combustible en suspension, et d'un parcours de gaz partant de la chambre de combustion et contenant un dispositif échangeur de chaleur par convection comprenant un réchauffeur de vapeur, caractérisé en ce qu'on forme à 'intérieur de la chambre de combustion entre le courant de combus- tible enflimmé et une surface de la chambre refroidie par circulation de li- quide, un matelas ou une couche de gaz retirés du parcours de gaz, refroi- dis par contact avec les surfaces d'échange de chaleur par convection et se déplaçant à l'intérieur de la chambre de combustion,
dans le même sens que le courant de combustible le long de cette surface à une vitesse approximativement sinon tout à fait égale ou supérieure à celle du courant de combus- tible adjacent, de telle sorte que la quantité de chaleur absorbée par rayon- nement dans la chambre de combustion est réduite et que la quantité de cha- leur absorbée par le réchauffeur de vapeur à convection est augmentée.
L'invention se rapporte aussi à un groupe générateur et surchauf- feur de vapeur propre à réaliser ce procédé et comprenant une chambre de combustion refroidie par circulation d'un liquide et agencée pour brûler un combustible en suspension dirigé de haut en bas, et un parcours de gaz par- tant de la chambre de combustion et contenant un dispositif échangeur de chaleur à convection comprenant un réchauffeur de vapeur, caractérisé en ce qu'un système de recirculation de gaz est établi pour retirer des gaz re- froidis par leur contact avec des surfaces d'échange de chaleur par convec- tion et pour envoyer les gaz extraits de haut en bas à l'intérieur de la chambre de combustion à proximité d'une paroi au moins de la chambre de com- bustion sous forme d'une couche contiguë et généralement parallèle à la pa- roi.
L'invention sera décrite ci-après, à titre d'exemple, avec réfé- rence aux dessins partiellement schématiques annexés, dans lesquels :
Fig. 1 est une élévation de côté, partiellement en coupe suivant la ligne 1-1 de la Fig. 3, d'un groupe générateur et surchauffeur de vapeur suivant l'invention,
Fig. 2 est une vue en élévation partiellement en coupe suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1.
Fig. 3 est une vue en coupe horizontale suivant la ligne 3-3 de la Fig. 2;
Fig. 4 est une vue fragmentaire en coupe verticale d'une variante de la construction de la paroi avant, et
Fig. 5 est une vue partielle en coupe horizontale suivant la ligne 5-5 de la Fig. 4
L'invention est représentée sur les dessins dans son application à un groupe générateur surchauffeur de vapeur pourvu d'une chambre de combustion allongée dans le sens vertical 10, divisée en deux sections disposées c8te à c8te et communiquant entre elles 10' et 10" de section transversale rectangulaire par une paroi séparatrice verticale 12 (Fig. 2) qui comprend une rangée de tubes vaporisants.
La paroi avant 14 des deux sections est délimitée par des tubes vaporisants 16 raccordés par leurs extrémités supérieures et leurs extrémités inférieures à des collecteurs de paroi 18 et 20. La paroi arrière ou chicane 24 est dimimitée par les parties supérieures de tubes vaporisants dont les extrémités supérieures sont raccordées à un corps cylindrique de vapeur et d'eau 26, les parties médianes 28 et 30 de ces tubes s'étendant en travers d'une sortie des gaz de combustion 34 par laquelle les gaz se rendent dans un parcours de gaz de convection 32 sur la face arrière des deux sections de chambre de combustion.
Au-des-
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sous de la sortie 34 des gaz de combustion, les parties inférieures 35 des tubes vaporisants de la paroi arrière sont inclinées de haut en bas et dirigées ensuite verticalement le lorg de la paroi arrière 36 de la chambre de combustion pour se raccorder au collecteur de paroi 38.
Les parois latérales extérieurs 40 et 42 de la chambre de combustion sont garnies de tubes vaporisants 44 et 46 respectivement. Les tubes 44 sont raccordés par leurs extrémités supérieures à un collecteur 48 et leurs parties d'extrémité inférieure 58 sont inclinées et raccordées à un collecteur 50 situé au-dessous d'un cote d'une trémie à cendres 52. D'une manière similaire les tubes 46 sont raccordés par leurs extrémités supérieures à un collecteur 54 et leurs parties de l'extrémité inférieure sont inclinées et raccordées à un autre collecteur 56 pour la trémie à cendres adjacentes 55.
La paroi latérale opposée 60 de la trémie 52 présente des parties inclinées 62 de tubes de paroi séparatrice alternés dont les extrémités inférieures sont raccordées à un collecteur 64. D'une manière similaire, les parties inclinées 66 des tubes restants de la paroi séparatrice sont incorporées dans la paroi interne 68 de la trémie 55 et'leurs extrémités inférieures sont raccordées à un collecteur 70. Les sections de la chambre de combustion sont ainsi pourvues de trémies 52 et 55 refroidies par circulation d'eau et disposées de manière que leurs axes longitudinaux s'étendent de l'avant à l'arrière de la chambre de combustion.
La surface vaporisante des trémies et des parois, attenantes de la chambre sous le niveau de la sortie 34 des gaz de combustion, forme une notable partie de la surface d'absorption de chaleur par rayonnement du groupe.
Les collecteurs 71 à 74 de la paroi séparatrice sont raccordés en même temps que les collecteurs supérieurs des parois latérales et de la paroi avant par des tubes du corps cylindrique de vapeur et de liquide 26; la Fig. 1 montrant les tubes 80 du ciel raccordant le collecteur 18 au corps cylindrique. Les parties supérieures 82 et 84 des tubes 24 de la paroi arrière sont raccordées directement au corps cylindrique 26.
La vapeur se rend du corps cylindrique 26 par les tubes de débit de vapeur 86 à un collecteur 88 et dans les serpentins tubulaires chauffés par convection de la section de surchauffeur primaire 90, dont les éléments sont disposés en travers du parcours de gaz 32. Les extrémités de sortie de ces serpentins sont raccordées à un collecteur de surchauffeur intermédiaire 92 d'où la vapeur s'échappe par un désurchauffeur inter-étage 93, pour se rendre dans un collecteur d'entrée 94 d'une section de surchauffeur secondaire 96. De cette section, la vapeur surchauffée se rend dans un collecteur 98 et de là au point d'utilisation.
Chaque section de chambre de combustion est chauffée par des groupes de brûleurs de combustible pulvérisé intertubes à sortie multiple 100, de type connu approprié agencés pour décharger de haut en bas des mélanges combustibles de combustible pulvérisé et d'air entre les parties des tubes de ciel 80 qui s'étendent: en travers des lumières de brûleurs rectangulaires en quinconce 102 formées dans le ciel de la chambre de combustion. Comme c'est représenté sur les Figs. 1 à 3, toutes les lumières de brûleurs sont espacées les unes des autres et des parois verticales contiguës de la chambre de combustion.
L'aire du ciel qui comprend les lumières de brûleurs est renfermée dans une boite à vent 104 ou 105 pourvue d'éléments chargeurs 106 aménagés entre les lumières de brûleurs ayant et raccordés au c8té décharge d'un réchauffeur d'air approprié (non représenté) par uri conduit d'admission 108.
Au moyen de ce mode de construction et de cette disposition, le mélange de combustible et d'air comburant préchauffé qui est déchargé à une vitesse relativement élevée de chacune des lumières de brûleur est rapidement allumé et la combustion s'effectue à mesure que les courants combinés sont envoyés de haut en bas dans les sections de chambre de combustion 10' et 10". Le combustible en ignition et les mélanges d'air et de gaz se déplacent de haut en bas dans la chambre de combustion à une vitesse notable, les brûleurs opérant de telle manière que même à la vitesse maximum d'intro-
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duction de combustible et d'air, les produits de la combustion ne heur- tent aucune paroi de la chambre de combustion dans une mesure apprécia- ble.
Sous l'action du tirage du foyer, le combustible en ignition et les produits gazeux de la combustion tendent à être déviés vers la sortie 34 des gaz de combuation, la combustion étant achevée avant qu'ils n'atteig- nent l'écran formé par les tubes 28 et 30. Les pellicules de cendre sépa- rées tombent dans les trémies 52 et 55 et de là dans les cendriers sous - jacents. Les produits gazeux de la combustion s'élèvent dans le parcours à convection 32 où ils entrent en contact successivement avec les tubes du surchauffeur secondaire 96 et du surchauffeur primaire 90. La presque totalité de la vapeur est produite dans les tubes de parois de la chambre de combus-ion par absorption de la chaleur de rayonnement du combustible en ignition et des gaz de combustion.
Pendant le fonctionnement du groupe générateur de vapeur l'al- lure du feu des brûleurs est réglée en fonction de la demande de vapeur ou de la charge, l'allure du feu étant augmentée, lor d'ur accroissement de la demande et vice-versa L'étendue de la surface desurchauffe frêles sections de surchauffeur 90 et 96 est habituellement déterminée lors :. l'établissement du projet du groupa pour obtenir le degré de surchauffe fnal désiré lors- que le groupe fonctionne à une fraction de la pleine charge, connue sous le nom de point de réglage.
En des points supérieurs au point de réglage de la pleine charge, l'allure du feu nécessaire pour produire la vapeur donne lieu à un courant de gaz de chauffe sur le surchauffeur en quantités et à une température telles que l'absorption par ce dernier dépasse la cha- leur nécessaire pour atteindre la température de surchauffe désirée. La chaleur en excès est extraite d'une manière réglable de la vapeur en train d'être surchauffée par un désurchauffeur 93, d'une manière bien connue.
Lorsque la charge de la chaudière tombe au-dessous du point de réglage, l'allure réglée des brûleurs peut, sans application de la présente invention, donner lieu à une arrivée de gaz de chauffe aux sections de sur- chauffeur dont la quantité de chaleur est trop faible pour atteindre la températurp de surchauffe finale désirée de la vapeur. Ceci est dû au fait que le pcurcentage de la chaleur disponible des gaz de'chauffe qui est ab- sorbé par rayonnement par les parois de la chambre de combustion augmente progressivement à mesure que la charge de vapeur diminue.
Toutefois cette insuffisance de chaleur est éliminée au moyen d'un système de recircula- tion réglable des gaz réglé de manière à introduire des gaz de carneauxrela- tivement froids dans la chambre de combustion dans un rapport effectif entre le courant de combustible en ignition et des produits gazeux de la combustion dans la chambre de combustion et une ou plusieurs parois de la chambre de combustion, de telle sorte que l'absorption de chaleur de rayonnement de la paroi de la chambre de combustion est réduite et que la quantité de chaleur contenue dans les gaz allant au surciauffeur est augmentée d'une manière correspondante.
On obtient ce resuitat en recouvrant effectivement une ou plusieurs parois d-e la chambre de combustion d'un matelas ou d'une couche mobile de gaz de carneaux relativement froids remis en-circulation d'une partie du parcours de gaz en aval des sections de surchauffeur et introduits dans chaque section de chambre.de combustion de haut en bas le long d'une ou plusieurs des parois qui l'entourent.. Les gaz remis en circulation sont de préférence introduits à une vitesse suffisante pour éviter leur aspira- tion par les élémznts constitutifs gazeux du courant de combustible en ignition et l'effet préjudiciable en résultant sur l'allumage et la combus- tion des particules de combustible.
Par suite de la plus grande densité des gaz froids remis en circulàtion et l'action de la gravité, la vites- se de leur entrée dans un groupe générateur à flamme descendante ne doit pas dépasser la vitesse,du courant de combustible en ignition. Toutefois, les gaz en recirculation possèdent lorsqu'ils se trouvent à la partie supérieure de la chambre-de combustion une vitesse de préférence égale ou supérieure à celle du courant de combustible en ignition.
Sous ce rapport, une couche relativement épaisse de gaz inerte à basse température en mou- vement descend le long de la ou des parois chois-ies de la chambre de com-
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bustion, de telle sorte que les parois de cette chambre recouvertes par cette couche, de gaz relativement froids reçoivent la bhaleur de rayonnement du courant de gaz et de, combustible en ignition avec un degré de transmission de chaleur beaucoup plus faible.
Le système de recirculation des gaz comprend des collecteurs de décharge de gaz horizontaux 110 à 117 pourvus de rainures de décharge 118 dans la face inférieure. Les collecteurs110 à 113 de la section 10' de la chambre de combustion entourent la botte à vent 104 et peuvent recevoir par des conduits verticaux 120 à127 (Fig. 3) des gaz extraits des carneaux.D'une manière similaire, les collecteurs 114 à 117 de la section 10" de la chambre de comoustion entourent la boîte à vent 105 et peuvent recevoir des gaz de carneaux par des conduits verticaux comprenant des conduits 130 et 131, Fig. 3, correspondants aux conduits 120 à 127.
Les collecteurs de décharge des gaz sont montés directement sur les tubes du ciel de la chambre de combustion. Les collecteurs 110,112, 114 et 116 s'étendent longitudinalement par rapport aux tubes du ciel et, comme c'est indiqué sur la Fig. 2 leurs ouvertures de décharge 118 sont limitées en largeur à l'espacement entre les tubes par la convergence des parties 143 des parois latérales des collecteurs. Les collecteurs 111, 113, 115 et 117 s'étendent transversalement aux tubes du ciel de la chambre et les parties des ouvertures de décharge qui ne sont pas obstruées par les tubes du ciel forment des ouvertures successives de décharge des gaz.
Les extrémités supérieures des conduits verticaux sont raccordées à une conduite générale 140 par des conduits transversaux tels que 142, 144, 301, 302 et 303. Des cloisons d'angle 306 disposées obliquement, séparent les collecteurs 110 à 113 l'un de l'autre. D'une manière semblable les collecteurs 114 à 117 sont séparés l'un de l'autre par des cloisons d'angle 307 disposées obliquement. Les conduits verticaux sont pourvus de vannes papillons individuelles et les vannes établies dans. les conduits qui alimentent respectivement les différents collecteurs sont commandées indépendamment, de telle sorte que les.courants de gaz remis en circulation, qui descendent le long de chaque paroi de la chambre de combustion peuvent être réglés séparament.
Certaines de ces. vannes 146 à 149 sont indiquées sur la Fig. 2, dans les conduits 127, 122, 131 et 130, respectivement.
La conduite générale de gaz 140 et les conduits transversaux qui y sont reliés, sont alimentés en gaz de recirculation par un ventilateur 150 dont l'entrée est reliée par le conduit de décharge 152 à une entrée de gaz de recirculation 154 qui communique avec un carneau de gaz de chauffe 155 en un point situé au-delà, d'un économiseur 156. Des vannes papillons réglables 310 sont aménagées du côté de la sortie du ventilateur 151 comme moyen de régler le degré de décharge des gaz à faire recirculer. En variante, le degré de décharge des gaz en recirculation peut être réglé par une commande de ventilateur à vitesse variable.
Dans la disposition des collecteurs de décharge de gaz décrits, les gaz remis en circulation peuvent être introduits dans la partie supérieure de la chambre de combustion à proximité immédiate de chaque paroi verticale et sur toute la largeur de celle-ci .Le poids spécifique plus élevé des gaz plus froids en recirculation en comparaison de celui des produits de combustion à température élevée engendrés par les brûleurs dans la partie centrale de la chambre de combustion, et le tirage produit par le ventilateur de tirage induit ont pour effet d'engendrer et de faire descendre la couche de gaz en recirculation le long des parois verticales.
Cette couche limite la transmission de chaleur de rayonnement des produits de la combustion fraîchement engendrés aux tubes vaporisants de ces parois par l'intercalation d'une couche gazeuse interceptant le rayonnement entre la source de rayonnement de la chaleur et les tubes de parois de la chambre de combustion. La présence de CO2 et de vapeur d'eau dans lès gaz de carneaux amplifie cet effet.
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En réglant des vannes papillons, telles que les papillons 146 à 149 dans les conduits verticaux, on peut introduire des gaz remis en cir- culation le long d'une paroi unique ou simultanément le long de plusieurs parois à une allure réglée. Par le seul ajustement des papillons 310 conju- gués avec la décharge du ventilateur de recirculation ou par le réglage de la vitesse de ce dernier on peut coordonner facilement le réglage du degré de recirculavion du gaz le long d'une ou de plusieurs parois avec les néces- sités du réglage de surchauffe indiqué.
En tout cas la quantité de gaz re- mis en circulation de même que leur répartition et leur vitesse relative par rapport aux parois de la chambre de combustion sont réglées de telle ma- nière que la réduction de l'absorption de chaleur par les parois de la cham- bre de qombustion atteinte de cette façon sera notablement supérieure à 1' augmentation de l'absorption de chaleur par les parois de la chambre de combustion résultant d'une augmentation quelconque de la longueur du tra- jet parcouru par le combustible en ignition dans la chambre de combustion.
On a constaté que le courant de gaz en recirculation descendant le long de la paroi avant 14 provoque une plus grande réduction de l'absorption de chaleur de la chambre de combustion que le courant similaire de gaz descen- dant le lpng de la paroi arrière 24, ce qui est dû principalement à la plus grande étendue de la paroi avant et à. son emplacement du coté opposé au point de déviation du courant de-gaz des le parcours à convection.
Un réglage similaire de la vitesse du ventilateur de recircula- tion et un ajustement des papillons 320 de la disposition modifiée repré- sentée sur les Figs. 4 et 5, où les pièces correspondant à celles des Figs.
1 à 3 portent les marnes chiffres de référence que sur ces figures mais avec le suffixe a, assurent le réglage du débit de gaz dans la couche formée le long de la paroi avant 14a. Les vannes 320 sont réparties sur toute la longueur de l'entrée 322 des gaz en recircula tion qui va du conduit de gaz en recirculation 324, à la chambre de combustion 10a, les gaz en recirculation passant entre les tubes de parois 16a et ensuite dans la chambre' 334 formée en recourbant les tubes d'ordre pair 16b et 16c de manière à les faire sortir de l'alignement des tubes de parois, comme c'est indiqué clairement sur la Fig. 4 . Les gaz en recirculation qui passent entre les tubes 16a sont déviés de haut en bas par une chicane 326 formée par des parties des tubes 16b et 16c et des ailettes métalliques plates 328 fixées à ces tubes.
Cette chicane comprend aussi de la matière réfractaire 330 disposée sur les côtés des ailettes tournés vers l'entrée des gaz en recireulation.
Des ailettes similaires 332 sont fixées aux tubes 16a en dessous de l'endroit où les gaz en recirculation pénètrent dans la chambre 334. Cette disposition, oblige les gaz en circulation à descendre le long de la paroi 14a pour former une couche immédiatement adjacente à la surface intérieure de cette paroi.
-La variante de l'entrée des gaz en recirculation suivant les Figs. 4 et 5, au lieu d'être placée à proximité immédiate du ciel de la chambre de combustion comme c'est représenté, peut être placée moins haut à une certaine distance du ciel, les gaz introduits agissant efficacement pour limiter l'absorption de chaleur de l'aire sous-jacente de la paroi.
Lorsque la charge sur un groupe générateur descend au-dessous du point-de réglage, un plus grand débit de gaz en recirculation est nécessaire pour réduire la transmission de chaleur aux parois de la chambre de combustion et permettre à une quantité suffisante de chaleur d'être retirée de la chambre de combustion pour la surchauffe par 'convection* Le degré de recirculation des gaz sur la gamme de charges inférieure est ainsi en ordre inverse du degré de production de-vapeur.
L'introduction continue de gaz en recirculation autour des parois d'une chambre de combustion de la manière décrite a 'pour effet de refouler les produits de combustion fraîchement engendrés en un courant descendant central de section transversale plus faible de telle sorte que la partie centrale à gaz chauds se trouve à une plus grande distance des parois de la chambre de combustion et se mentà une plus grande vitesse de
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haut en bas dans celle-ci que si l'introduction ci-dessus décrite des gaz en reçirculation n'était pas effectuée.
On peut faire varier la vitesse du ventilateur ou exercer un au- tre réglage du débit,de gaz dans les conduits du système de recirculation des gaz, automatiquement en.fonction de variables pertinentes telles que la températura de surchauffe, le débit de vapeur ou le débit d'air,au moyen d'un système de réglage approprié, ce système fonctionnant inversement à 1' augmentation de la recirculation lorsque la charge diminue jusqu'à la char- ge minimum de fonctionnement.
La disposition ci-dessus décrite du système de recirculation des gaz et¯de son réglage¯est telle qu'à faible charge, une superficie maximum de l'aire couverte par les pàrois de la ,chambre de comoustion peut étreisolée par la couche à grande vitesse de gaz en recircufation se déplaçant le long des parois et entre celles-ci et le courant descendant de combustible en ignition. Différentes parois de la chambre de combustion peuvent sélec- tivement être dégagées de leur couche de gaz isolante, dans les conditions exigées par les variations de la charge. Par exemple ,il se peut que la eau- che de gaz isolante en recirculation le long de la paroi arrière 24 doive être éliminée comme première phase de la coordination de la charge accrue et de la tendance inhérente de la surchauffe à s'écarter de la valeur dési- rée.
Ceci peut être obtenu en fermant les vannes ou papillons dans les conduits verticaux 120. et 121 de la section 10' de la chambre de combustion et les conduits correspondants de l'autre section de celle-ci. Si la phase suivante nécessitée par un nouvel accroissement de la charge consiste dans l'élimination de la couche de gaz en recirculation de l'une ou de plusieurs des surfaces de parois latérales et des surfaces de parois séparatrices,on peut y arriver en fermant les vannes dans les conduits correspondants tels que 126, 127, 122 et 123 et dans d'autres conduits correspondants pour la section 10" de la chambre de combustion.
On fera en sorte d'avoir le débit minimum de gaz de combustion en recirculation pour une charge élevée choi- sie et ceci peut être obtenu en faisant .,fonctionner le ventilateur 150 à sa vitesse minimum ou en donnant le degré minimum d'ouverture aux vannes 318 et en faisant passer un débit minimum de gaz en recirculation dans les conduits 120 et 121, et les conduits correspondants des sections 10" de la chambre de combustion, fournissant, le gaz de recirculation aux collecteurs de décharge 111 et 115 pour la paroi arrière 24.
, Lorsque les gaz de recirculation sont introduits de la manière décrite ci-dessus et à une vitesse de descente approximativement égale ou supérieure à la vitesse de descente des gaz engendrés par les brûleurs de combustible adjacents, la vitesse de toute la msse de gaz est supérieure à celle qui se produit, lorsqu'il n'y a pas recirculation de gaz. Cette plus grande vitesse a pour effet de donner lieu à un parcours moyen des'gaz plus long que le parcours des gaz sans recirculation de gaz, car le courant de gaz tend à s'étendre dans la section de la chambre de combustion én dessous de la sortie de gaz 34. Cet effet est amplifié lorsque le gaz en recircu- lation est déchargé de haut en bas le long de la paroi arrière,24, car ce courant de gaz tend à écarter le courant de gaz principal de la sortie 34.
Cette longueur plus grande du trajet parcouru par les gaz a pour effet @ d'augmenter l'absorption de chaleur de rayonnement par la -partie inférieu- re des tubes de parois de la chambre de combustion et les tubes de parois des trémies, et cette augmentation de l'absorption de chaleur dans la chambre de combustion tend à compenser la réduction de l'absorption de cha- leur dans la partie supérieure de la chambre de combustion qui résulte du recouvrement de la couche de-gaz de recirculation à fàible température sur les parties supérieures des parois. Des essais ont montré que dans ces conditions la température des gaz à la sortie 34 est progressivement abais- sée lorsque la quantité de gaz en recirculation est augmentée.
Bien que la température des gaz pénétrant dans le surchauffeur à une charge détermi- née soit ainsi inférieure à celle obtenue sans recirculation, l'augmenta- tion de la masse des gaz donne lieu à un accroissement de la quantité de chaleur contenue dans les gaz disponibles pour la surchauffe.
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S'il n'y a que la paroi avant de la chambre de combustion et les surfaces des parois latérales et de la paroi séparatrice qui sont couvertes par la couche de gaz en recirculation se déplaçant de haut en bas, la majeu- re partie de la périphérie de chaque courant de gaz à haute température est enveloppée par la couche de gaz en recirculation. le courantdesgaz à haute tempé- rature tend ainsi à être étrangle ou resserre dans une partie plus petite de la section transversale de la chambre de combustion de telle sorte que la vitesse des gaz à plus haute température est augmentée. Cet étrangle- ment atteint un maximum lorsque la totalité des surfaces de paroi de la chambre de combustion est couverte par la couche mobile contiguë des gaz en recirculation.
Cet étranglement des produits de combustion à haute tem- pérature nouvellement engendrés en un courant de section transversale plus faible réduit la surface périphérique de rayonnement du courant de gaz à haute température. Comme la périphérie de rayonnement du courant de gaz chauds est réduite il y a réduction de la transmission de chaleur de la zone de combustion principale au courant enveloppant de gaz à basse tem- pérature et finalement aux parois de la chambre de combustion. Une réduc- tion de la chaleur absorbée par les parois verticales refroidies par circu- lation de fluide de cette chambre a pour effet d'augmenter la quantité de chaleur contenue dans les gaz quittant la chambre de combustion, de telle sorte qu'on obtient l'augmentation désirée du chauffage par convection des tubes du surchauffeur.
Il est à remarquer que l'invention est spécialement avantageuse lorsqu'elle est appliquée à une installation de production et de surchauf- fe de vapeur Sont a peu près toute la surface vaporisante est constituée par des tubes garnissant esparois de la chambre de combustion. Ces tubes reçoivent pour ainsi dire toute leur chaleur par rayonnement d'une zone de combustion à haute température à l'intérieur de la chambre de combustion.
Ces installations possèdent des surfaces vaporisantes suffisantes dans les parois de la chambre de combustion et en avant du surchauffeur à convection pour absorber un pourcentage relativement grand de la chaleur dégagée dans la chambre de combustion.
Dans une installation pourvue de brûleurs à flamme descendante et d'une sortie de gaz partant de la partie inférieure de la chambre de combustion et où un matelas ou une couche de gaz de combustion en recirculation est projeté de haut en bas, entre le courant de combustible en ignition et une ou plusieur parois adjacentes refroidies par circulation de fluide de la chambre de combustion, l'effet de la gravité tend à maintenir la séparation entre les gaz de recirculation et les gaz de combustion frais sur une notable partie de la hauteur de la chambre de combustion.
Le réglage de la quantité de gaz de combustion remis en circulation en fonction des variations de la charge permet de surmonter la tendance normale de la température de surchauffe dans un groupe générateur de vapeur de ce type à diminuer lors d'une réduction de la charge, et de maintenir la temperature de surchauffe à la valeur désirée sur une gamme de charges de grande étendue.
L'invention permet de régler la température de surchauffe de la vapeur sur une gamme relativement étendue au-dessous du point de réglage par une introduction réglée de gaz de carneaux relativement froids dans la chambre de combustion dune manière susceptible de provoquer une réduction de l'absorption de chaleur de rayonnement dans la chambre de combustion pour toute charge donnée de cette gamme, mais sans apporter à la marche de la combustion une entrave qui pourrait provoquer une réduction de la température maximum de la zone de combustion.
Bien que l'opération de la recirculation des gaz envisagée puisse donner lieu à une réduction de la température des gaz à la sortie de la chambre de combustion, la diminution de l'absorption totale de la chaleur dans cette chambre augmente la quantité de chaleur des gaz disponible pour la surchauffe par convection et ceci, conjointement avec l'augmentation de la quantité de gaz circulant sur le surchauffeur à convection, a pour effet d'augmenter la
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surchauffe de la vapeur.
Le réglage de la surchauffe et la recirculation des gaz dans le groupe générateur et surchauffeur de vapeur décrit ci-dessus peuvent être 'commandés automatiquement par des appareils semblables à ceux décrits avec référence à la Fig. 9 dans la demande de brevet anglais N 28636/51 de la Demanderesse.
REVENDICATIONS
1. - Procédé pour régler la température de la vapeur surchauffée dans un générateur de vapeur tubulaire possédant une chambre de combustion refroidie par circulation d'un liquide pour brûler un combustible en suspension, et un parcours de gaz partant de la chambre de combustion et contenant un dispositif échangeur de chaleur à convection comprenant un réchauffeur de vapeur;
,' caractérisé en ce qu'on forme à l'intérieur de la chambre de combustion, entre le courant de combustible en ignition et une surface refroidie par circulation de liquide de la chambre une couche de gaz extraite du parcours de gaz, refroidis par contact avec des surfaces d'échange de chaleur par convection et se déplaçant à l'intérieur de la chambre de combustion, dans le même sens que le courant de combustible,le¯ long de cette surface, à une vitesse approximativement sinon entièrement égale ou supérieure à celle du courant de combustible adjacent, de telle sorte que la quantité de chaleur absorbée par rayonnement dans la chambre de combustion est réduite et que la quantité de chaleur absorbée par le réchauffeur de vapeur à convection est augmentée.
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IMPROVEMENTS TO STEAM GENERATORS AND SUPERHEATERS AND TO ADJUSTING THE TEMPERATURE OF THE SUPERHEATED STEAM. @
This invention relates to steam generators and superheaters of the kind comprising a combustion chamber cooled by a circulation of liquid, entirely or mainly delimited by vaporizing tubes heated by radiation and a gas path from the combustion chamber and containing exchanger devices. convection heat unit including a steam heater and it relates more.
particularly to a method and apparatus for controlling the superheat temperature of the vapor in a group burning a liquid fuel of the kind described, by recirculating in the combustion chamber combustion gases cooled by contact with exchange surfaces of heat by convection, and so as to ensure a reduction in the degree of absorption of heat by the wall of the combustion chamber thereby correspondingly increasing the amount of heat contained in the gases leaving the hearth and therefore the amount of heat available for convection superheating.
If, in steam-generating units of the type described, the recirculated flue gases were intimately mixed with the combustion air supplied to the liquid fuel burners, the degree of heat absorption by the walls of the fireplace would theoretically be reduced by the reduction of the maximum temperature of the combustion gases as a result of the increase in the percentage of inert gases in the combustion zone and the retardation resulting from 1% combustion rate of the fuel on ignition. In this case the quantity of heat contained in this gas stream leaving the combustion chamber will be correspondingly increased, so that the quantity of heat available for the convection superheater will be greater than if this recirculation of the combustion chamber. gas was not applied.
The increase in the amount of heat contained in
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gas depends on a number of factors, among which we can cite the length and shape of the gas path in the hearth and its relative size in relation to the heat absorbing surface of the walls of the combustion chamber. this gas recirculation system was to be used in a steam generator group provided with a combustion chamber elongated in the vertical direction, delimited by vertical or rising walls cooled by circulation of a fluid, heated by one or more burners with pulverized fuel mounted in the top of the combustion chamber at points spaced from the vertical walls and arranged so as to discharge from top to bottom a combustible mixture of com-,
atomized and of area the height of the chamber being such that normally combustion of the fuel is virtually complete before the flow of gaseous products of combustion is deflected laterally to a level above the bottom of the chamber combustion to then go from bottom to top in a convection gas path placed along this chamber and containing a superheating-or vapor acting by convection, the addition of gas from recirculating flue to the combustion air before its arrival at the burners would give rise to an increase in the mass and speed of the gas stream flowing up and down in the combustion chamber.
This would tend to cause the gas stream to descend vertically lower in the combustion chamber before the fireplace draft reverses the direction of movement and deflects the gas stream up and down the convection gas path. This longer gas path would increase the transmission of radiant heat to the heating surface of the walls of the combustion chamber - in the part of the latter located below the level of the gas outlet and correspondingly reduce the amount of heat contained in the gases leaving the comtustion chamber. Thus, the heat available for superheating would depend on the net change in the amount of heat contained in the gases as a result of the two opposing effects described above.
The present invention enables steam superheat temperatures to be controlled more effectively over a relatively wide range of loads in descending flame steam generators of the kind described, by introducing relatively cold recirculating flue gases directly. in the combustion chamber in a suitable manner to reduce or avoid any obstacle to the ignition and combustion of the fuel and yet so as to adjust in an adjustable manner the quantity of heat absorbed by radiation in a determined area of the surface of the wall tubes of the combustion chamber, in order to thus regulate the quantity of heat contained in the gases leaving this chamber and consequently the quantity of heat available for the superheating of the steam by convection.
The invention is achieved by interposing a moving layer of recirculated gas between the high temperature burning fuel stream and at least part of the surface of the wall of the combustion chamber to reduce the absorption of heat from radiation from the combustion chamber. tubes covered with the walls of the combustion chamber and thereby increase the amount of heat-contained in the gases leaving the combustion chamber.
When recirculated gases are introduced into a combustion chamber as a mattress between the high temperature burning fuel stream and the chamber wall surface, the benefit of reducing or eliminating gas. 'opposition to ignition and combustion and the efficiency of the mattress interposed in the wall tubes of the chamber provided with their lining, can be partially lost by a premature dissipation of the layer as a result of its suction with the current of air and fuel entering.
This danger can be avoided by introducing the recirculating gases in the form of a mat or a layer circulating along the surface of the wall in a direction substantially parallel to the direction of the flow of the current of the gas.
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ignited fuel and at an appropriate speed.
The present invention comprises the method of controlling the temperature of the superheated steam in a tubular steam generator provided with a combustion chamber cooled by circulating a fluid, for the combustion of fuel in suspension, and of a gas path from the combustion chamber and containing a convection heat exchanger device comprising a steam heater, characterized in that there is formed inside the combustion chamber between the ignited fuel stream and a surface of the chamber cooled by circulating liquid, a mattress or a layer of gas withdrawn from the gas path, cooled by contact with the heat exchange surfaces by convection and moving inside the chamber. combustion chamber,
in the same direction as the flow of fuel along that surface at a speed approximately if not entirely equal to or greater than that of the adjacent fuel flow, such that the amount of heat absorbed by radiation in the combustion chamber is reduced and the amount of heat absorbed by the convection steam heater is increased.
The invention also relates to a steam generator and superheater unit suitable for carrying out this process and comprising a combustion chamber cooled by circulation of a liquid and arranged to burn a fuel in suspension directed from top to bottom, and a gas path starting from the combustion chamber and containing a convection heat exchanger device comprising a steam heater, characterized in that a gas recirculation system is established to remove gases cooled by their contact with surfaces for heat exchange by convection and for sending the extracted gases from top to bottom inside the combustion chamber near at least one wall of the combustion chamber in the form of a layer contiguous and generally parallel to the wall.
The invention will be described below, by way of example, with reference to the attached partially schematic drawings, in which:
Fig. 1 is a side elevation, partially in section taken along line 1-1 of FIG. 3, of a steam generator and superheater according to the invention,
Fig. 2 is an elevational view partially in section taken along line 2-2 of FIG. 1.
Fig. 3 is a horizontal sectional view taken on line 3-3 of FIG. 2;
Fig. 4 is a fragmentary vertical sectional view of an alternative construction of the front wall, and
Fig. 5 is a partial view in horizontal section taken along line 5-5 of FIG. 4
The invention is shown in the drawings in its application to a steam superheater generator unit provided with a vertically elongated combustion chamber 10, divided into two sections disposed side by side and communicating with each other 10 'and 10 "of rectangular cross section by a vertical dividing wall 12 (Fig. 2) which includes a row of vaporizing tubes.
The front wall 14 of the two sections is delimited by vaporizing tubes 16 connected by their upper ends and their lower ends to wall collectors 18 and 20. The rear wall or baffle 24 is dimensioned by the upper parts of vaporizing tubes whose ends The upper sections are connected to a cylindrical body of steam and water 26, the middle portions 28 and 30 of these tubes extending across a combustion gas outlet 34 through which the gases pass into a gas path of convection 32 on the rear face of the two combustion chamber sections.
Beyond
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Below the combustion gas outlet 34, the lower portions 35 of the rear wall vaporizing tubes are tilted up and down and then directed vertically past the rear wall 36 of the combustion chamber to connect to the wall manifold 38.
The outer side walls 40 and 42 of the combustion chamber are lined with vaporizing tubes 44 and 46 respectively. The tubes 44 are connected at their upper ends to a manifold 48 and their lower end portions 58 are inclined and connected to a manifold 50 located below a side of an ash hopper 52. In a similar manner the tubes 46 are connected at their upper ends to a manifold 54 and their lower end portions are inclined and connected to another manifold 56 for the adjacent ash hopper 55.
The opposite side wall 60 of the hopper 52 has inclined portions 62 of alternating divider wall tubes whose lower ends are connected to a manifold 64. Similarly, the inclined portions 66 of the remaining divider wall tubes are incorporated. in the inner wall 68 of the hopper 55 and their lower ends are connected to a manifold 70. The sections of the combustion chamber are thus provided with hoppers 52 and 55 cooled by water circulation and arranged so that their longitudinal axes extend from the front to the back of the firebox.
The vaporizing surface of the hoppers and walls, adjoining the chamber below the level of the combustion gas outlet 34, forms a significant part of the radiant heat absorption surface of the group.
The manifolds 71 to 74 of the dividing wall are connected together with the upper manifolds of the side walls and of the front wall by tubes of the cylindrical vapor and liquid body 26; Fig. 1 showing the tubes 80 of the sky connecting the manifold 18 to the cylindrical body. The upper parts 82 and 84 of the tubes 24 of the rear wall are connected directly to the cylindrical body 26.
Steam travels from the cylindrical body 26 through the steam flow tubes 86 to a manifold 88 and into the convection-heated tubular coils of the primary superheater section 90, the members of which are arranged across the gas path 32. The steam passes. Outlet ends of these coils are connected to an intermediate superheater manifold 92 from which steam escapes through an inter-stage desuperheater 93, to an inlet manifold 94 of a secondary superheater section 96. From this section, the superheated steam travels to a manifold 98 and from there to the point of use.
Each section of the combustion chamber is heated by groups of multi-outlet inter-tube pulverized fuel burners 100 of suitable known type arranged to discharge from top to bottom fuel mixtures of pulverized fuel and air between the parts of the overhead tubes. 80 which extend: across staggered rectangular burner lights 102 formed in the top of the combustion chamber. As shown in Figs. 1 to 3, all burner ports are spaced from each other and from adjacent vertical walls of the combustion chamber.
The sky area which includes the burner lights is enclosed in a blast box 104 or 105 provided with loader elements 106 arranged between the burner lights having and connected to the discharge side of a suitable air heater (not shown). ) by uri intake duct 108.
By means of this mode of construction and arrangement, the mixture of fuel and preheated combustion air which is discharged at a relatively high speed from each of the burner lumens is rapidly ignited and combustion takes place as the currents flow. Combustion units are sent up and down through the 10 'and 10 "combustion chamber sections. The igniting fuel and the air and gas mixtures move up and down through the combustion chamber at a noticeable rate, the burners operating in such a way that even at the maximum speed of introduction
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Due to the production of fuel and air, the products of combustion do not strike any wall of the combustion chamber to any appreciable extent.
Under the action of the fireplace draft, the ignited fuel and the gaseous products of combustion tend to be diverted to the combustion gas outlet 34, the combustion being completed before they reach the formed screen. through tubes 28 and 30. The separated ash films fall into hoppers 52 and 55 and thence into the underlying ashtrays. The gaseous products of combustion rise in the convection path 32 where they successively come into contact with the tubes of the secondary superheater 96 and of the primary superheater 90. Almost all of the steam is produced in the tubes of the walls of the chamber. combustion by absorption of the radiant heat of the igniting fuel and of the combustion gases.
During the operation of the steam generator group the fire rate of the burners is regulated according to the steam demand or the load, the fire rate being increased, when the demand increases and vice versa. versa The extent of the superheat surface area of the frail superheater sections 90 and 96 is usually determined by:. establishing the group's plan to achieve the desired degree of fnal superheat when the group is operating at a fraction of full load, known as the set point.
At points above the full load set point, the rate of fire required to produce the steam results in a flow of heating gas over the superheater in amounts and at a temperature such that absorption by the latter exceeds the heat necessary to reach the desired superheat temperature. The excess heat is controllably removed from the steam being superheated by a desuperheater 93, in a well known manner.
When the boiler load falls below the set point, the controlled rate of the burners may, without application of the present invention, give rise to an inflow of heating gas to the superheater sections whose quantity of heat is too low to reach the desired final steam superheat temperature. This is because the percentage of available heat from the heating gases which is absorbed by radiation by the walls of the combustion chamber gradually increases as the vapor load decreases.
However, this heat deficiency is eliminated by means of an adjustable gas recirculation system adjusted so as to introduce relatively cold flue gases into the combustion chamber in an effective ratio between the stream of ignited fuel and flue gases. gaseous products of combustion in the combustion chamber and one or more walls of the combustion chamber, so that the absorption of radiant heat from the wall of the combustion chamber is reduced and the amount of heat contained in the gas going to the superheater is correspondingly increased.
This is achieved by effectively covering one or more walls of the combustion chamber with a mattress or a moving layer of relatively cold flue gas recirculated with part of the gas path downstream of the superheater sections. and introduced into each combustion chamber section from top to bottom along one or more of the surrounding walls. The recirculated gases are preferably introduced at a rate sufficient to avoid their aspiration by the gases. gaseous constituents of the igniting fuel stream and the resulting detrimental effect on the ignition and combustion of the fuel particles.
Owing to the greater density of the cold gases re-circulated and the action of gravity, the speed of their entry into a generator unit with a descending flame must not exceed the speed of the stream of ignited fuel. However, the recirculating gases have, when they are at the top of the combustion chamber, a speed preferably equal to or greater than that of the stream of ignited fuel.
In this connection, a relatively thick layer of low-temperature inert gas in motion descends along the selected wall (s) of the control chamber.
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The walls of this chamber covered by this layer of relatively cold gases receive the radiant heat from the gas stream and from the igniting fuel with a much lower degree of heat transmission.
The gas recirculation system includes horizontal gas discharge manifolds 110-117 with discharge grooves 118 in the underside. The manifolds 110 to 113 of the 10 'section of the combustion chamber surround the wind boot 104 and can receive through vertical ducts 120 to 127 (Fig. 3) gases extracted from the flues. Similarly, the manifolds 114 to 117 of section 10 "of the control chamber surround the air box 105 and can receive flue gases through vertical ducts comprising ducts 130 and 131, Fig. 3, corresponding to ducts 120 to 127.
The gas discharge manifolds are mounted directly on the top tubes of the combustion chamber. The collectors 110, 112, 114 and 116 extend longitudinally with respect to the sky tubes and, as indicated in FIG. 2 their discharge openings 118 are limited in width to the spacing between the tubes by the convergence of the portions 143 of the side walls of the manifolds. The collectors 111, 113, 115 and 117 extend transversely to the top tubes of the chamber and the parts of the discharge openings which are not obstructed by the top tubes form successive gas discharge openings.
The upper ends of the vertical conduits are connected to a general conduit 140 by transverse conduits such as 142, 144, 301, 302 and 303. Corner partitions 306 disposed obliquely, separate the collectors 110 to 113 from one of the other. In a similar manner, the collectors 114 to 117 are separated from one another by corner partitions 307 arranged obliquely. The vertical ducts are provided with individual butterfly valves and the valves established in. the conduits which respectively feed the different collectors are controlled independently, so that the recirculated gas currents, which descend along each wall of the combustion chamber can be regulated separately.
Some of these. valves 146 to 149 are shown in Fig. 2, in conduits 127, 122, 131 and 130, respectively.
The general gas pipe 140 and the transverse ducts which are connected thereto are supplied with recirculation gas by a fan 150 whose inlet is connected by the discharge duct 152 to a recirculation gas inlet 154 which communicates with a flue gas heater 155 at a point beyond an economizer 156. Adjustable butterfly valves 310 are provided on the outlet side of the fan 151 as a means of adjusting the degree of discharge of the gases to be recirculated. Alternatively, the degree of discharge of the recirculating gases can be regulated by a variable speed fan control.
In the arrangement of the gas discharge manifolds described, the recirculated gases can be introduced into the upper part of the combustion chamber in the immediate vicinity of each vertical wall and over the entire width thereof. The higher specific weight cooler recirculating gases compared to that of the high temperature combustion products generated by the burners in the central part of the combustion chamber, and the draft produced by the induced draft fan have the effect of generating and making descend the recirculating gas layer along the vertical walls.
This layer limits the transmission of radiant heat from the freshly generated combustion products to the vaporizing tubes of these walls by the intercalation of a gaseous layer intercepting the radiation between the heat radiation source and the wall tubes of the chamber. combustion. The presence of CO2 and water vapor in the flue gas amplifies this effect.
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By adjusting butterfly valves, such as butterflies 146 to 149 in the vertical conduits, recirculated gases can be introduced along a single wall or simultaneously along several walls at a controlled rate. By simply adjusting the butterflies 310 combined with the discharge of the recirculating fan or by adjusting the speed of the latter, the adjustment of the degree of gas recirculation along one or more walls can easily be coordinated with the superheat setting required.
In any case, the quantity of gas re-circulated as well as their distribution and their relative speed with respect to the walls of the combustion chamber are regulated in such a way that the reduction in the absorption of heat by the walls of the combustion chamber. the combustion chamber achieved in this way will be significantly greater than the increase in heat absorption by the walls of the combustion chamber resulting from any increase in the length of the path traveled by the igniting fuel. in the combustion chamber.
It has been found that the recirculating gas stream down the front wall 14 causes a greater reduction in heat absorption from the combustion chamber than the similar gas stream down the lpng of the rear wall 24. , which is mainly due to the greater extent of the front wall and to. its location on the side opposite to the point of deflection of the gas flow of the convection path.
A similar adjustment of the speed of the recirculation fan and adjustment of the throttles 320 of the modified arrangement shown in Figs. 4 and 5, where the parts corresponding to those of Figs.
1 to 3 bear the reference numbers marl as in these figures but with the suffix a, ensure the adjustment of the gas flow in the layer formed along the front wall 14a. The valves 320 are distributed over the entire length of the inlet 322 of the recirculating gases which goes from the recirculating gas duct 324, to the combustion chamber 10a, the recirculating gases passing between the wall tubes 16a and then into chamber '334 formed by bending even-order tubes 16b and 16c so as to move them out of alignment with the wall tubes, as clearly shown in FIG. 4. The recirculating gases which pass between the tubes 16a are diverted from top to bottom by a baffle 326 formed by parts of the tubes 16b and 16c and flat metal fins 328 attached to these tubes.
This baffle also comprises the refractory material 330 arranged on the sides of the fins facing the inlet of the recirculating gases.
Similar fins 332 are attached to tubes 16a below where the recirculating gases enter chamber 334. This arrangement forces the circulating gases to descend along wall 14a to form a layer immediately adjacent to the chamber. inner surface of this wall.
-The variant of the gas inlet in recirculation according to Figs. 4 and 5, instead of being placed in the immediate vicinity of the top of the combustion chamber as shown, can be placed lower at a certain distance from the top, the gases introduced acting effectively to limit the absorption of heat of the underlying area of the wall.
When the load on a generator set drops below the set point, a greater flow of recirculating gas is required to reduce heat transfer to the walls of the combustion chamber and allow a sufficient amount of heat to flow. be removed from the combustion chamber for convection superheating * The degree of gas recirculation over the lower load range is thus in reverse order of the degree of steam production.
The continuous introduction of recirculating gas around the walls of a combustion chamber in the manner described has the effect of discharging the freshly generated combustion products into a central downdraft of smaller cross section so that the central portion hot gas is at a greater distance from the walls of the combustion chamber and lies at a greater speed of
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top to bottom in it only if the above-described introduction of the gases in circulation was not carried out.
It is possible to vary the speed of the fan or to exert another control of the flow of gas in the ducts of the gas recirculation system, automatically according to relevant variables such as the superheating temperature, the steam flow or the air flow rate, by means of a suitable control system, this system functioning inversely to the increase in recirculation as the load decreases to the minimum operating load.
The above-described arrangement of the gas recirculation system and its regulation is such that at low load, a maximum area of the area covered by the walls of the control chamber can be isolated by the high-pressure layer. velocity of recirculating gas moving along and between the walls and the downward stream of ignited fuel. Different walls of the combustion chamber can be selectively released from their insulating gas layer, under the conditions demanded by load variations. For example, the insulating gas water recirculating along the back wall 24 may need to be eliminated as a first phase in coordinating the increased load and the inherent tendency of superheat to deviate from the heat. desired value.
This can be achieved by closing the valves or butterflies in the vertical ducts 120. and 121 of section 10 'of the combustion chamber and the corresponding ducts of the other section thereof. If the next phase required by a further increase in the load is to remove the recirculating gas layer from one or more of the side wall surfaces and the divider wall surfaces, this can be accomplished by closing the valves in the corresponding conduits such as 126, 127, 122 and 123 and in other corresponding conduits for the 10 "section of the combustion chamber.
The minimum flow of recirculating combustion gas will be ensured for a selected high load, and this can be achieved by operating the fan 150 at its minimum speed or by giving the minimum degree of opening to the valves. valves 318 and passing a minimum flow of recirculating gas through conduits 120 and 121, and the corresponding conduits of the 10 "sections of the combustion chamber, supplying the recirculating gas to the discharge manifolds 111 and 115 for the wall rear 24.
When the recirculating gases are introduced in the manner described above and at a descent rate approximately equal to or greater than the descent rate of the gases generated by the adjacent fuel burners, the speed of the entire gas mass is greater to that which occurs when there is no gas recirculation. This greater velocity has the effect of giving rise to an average gas path that is longer than the gas path without gas recirculation, because the gas flow tends to extend into the section of the combustion chamber below. gas outlet 34. This effect is amplified when the recirculating gas is discharged from top to bottom along the back wall, 24, as this gas stream tends to move the main gas stream out of the outlet 34.
This greater length of the gas path has the effect of increasing the absorption of radiant heat by the lower part of the combustion chamber wall tubes and the hopper wall tubes, and this The increase in heat absorption in the combustion chamber tends to compensate for the reduction in heat absorption in the upper part of the combustion chamber which results from the covering of the layer of recirculating gas at low temperature over the upper parts of the walls. Tests have shown that under these conditions the temperature of the gases at the outlet 34 is progressively lowered when the quantity of gas in recirculation is increased.
Although the temperature of the gases entering the superheater at a determined load is thus lower than that obtained without recirculation, the increase in the mass of the gases gives rise to an increase in the quantity of heat contained in the available gases. for overheating.
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If only the front wall of the combustion chamber and the surfaces of the side walls and the dividing wall are covered by the layer of recirculating gas moving up and down, the major part of the periphery of each high temperature gas stream is enveloped by the layer of recirculating gas. the high temperature gas flow thus tends to be constricted or constricted in a smaller portion of the cross section of the combustion chamber so that the higher temperature gas velocity is increased. This throttling is maximized when all of the wall surfaces of the combustion chamber are covered by the contiguous moving layer of the recirculating gases.
This constriction of the newly generated high temperature combustion products to a lower cross-sectional stream reduces the peripheral radiating area of the high temperature gas stream. As the radiating periphery of the hot gas stream is reduced there is a reduction in heat transfer from the main combustion zone to the enveloping stream of low temperature gases and ultimately to the walls of the combustion chamber. A reduction in the heat absorbed by the vertical walls cooled by circulating fluid from this chamber has the effect of increasing the quantity of heat contained in the gases leaving the combustion chamber, so that l desired increase in convection heating of the superheater tubes.
It should be noted that the invention is especially advantageous when it is applied to a plant for the production and superheating of steam. Almost the entire vaporizing surface consists of separate tubes lining the combustion chamber. These tubes receive virtually all of their heat by radiation from a high temperature combustion zone within the combustion chamber.
These installations have sufficient vaporizing surfaces in the walls of the combustion chamber and in front of the convection superheater to absorb a relatively large percentage of the heat released in the combustion chamber.
In an installation provided with down-flame burners and a gas outlet from the lower part of the combustion chamber and where a mat or a layer of recirculating combustion gas is projected from top to bottom, between the flow of ignited fuel and one or more adjacent walls cooled by circulation of fluid from the combustion chamber, the effect of gravity tends to maintain the separation between the recirculation gases and the fresh combustion gases over a significant part of the height of the combustion chamber. the combustion chamber.
Adjusting the amount of recirculated flue gas according to load variations overcomes the normal tendency of the superheat temperature in a steam generator set of this type to decrease when the load is reduced, and to maintain the superheat temperature at the desired value over a wide range of loads.
The invention allows the superheat temperature of the steam to be regulated over a relatively wide range below the set point by a controlled introduction of relatively cold flue gases into the combustion chamber in a manner which may cause a reduction in the combustion chamber. absorption of radiant heat in the combustion chamber for any given load in this range, but without impeding the combustion process which could cause a reduction in the maximum temperature of the combustion zone.
Although the operation of the gas recirculation envisaged can give rise to a reduction in the temperature of the gases at the outlet of the combustion chamber, the decrease in the total absorption of heat in this chamber increases the quantity of heat from the combustion chamber. gas available for convection superheating and this together with increasing the amount of gas flowing through the convection superheater has the effect of increasing the
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steam overheating.
The control of the superheating and the recirculation of the gases in the steam generator and superheater unit described above can be automatically controlled by devices similar to those described with reference to FIG. 9 in the Applicant's English patent application N 28636/51.
CLAIMS
1. - Method for regulating the temperature of the superheated steam in a tubular steam generator having a combustion chamber cooled by circulation of a liquid for burning a fuel in suspension, and a gas path starting from the combustion chamber and containing a convection heat exchanger device comprising a steam heater;
, 'characterized in that there is formed inside the combustion chamber, between the stream of ignited fuel and a surface cooled by circulation of liquid from the chamber, a layer of gas extracted from the gas path, cooled by contact with surfaces of heat exchanging by convection and moving inside the combustion chamber, in the same direction as the flow of fuel, along that surface, at a speed approximately if not entirely equal to or greater than that of the adjacent fuel stream, such that the amount of heat absorbed by radiation in the combustion chamber is reduced and the amount of heat absorbed by the convection steam heater is increased.