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PERFECTIONNEMENTS RELATIFS AUX FOYERS DE CHAUDIERES.
Des ennuis considérables ont été éprouvés dans des installations de chaudières chargées mécaniquement par suite de la formation de SO3 pro- venant de l'oxydation du soufre contenu dans le combustible. L'acide ré- sultant de la combinaison d'oxydes de soufre avec la vapeur inévitablement présente dans le gaz de fumée cause le plus d'ennuis là où il tend à se condenser sur les surfaces de chauffage de l'étage final d'une installation de chaudière, particulièrement sur des préchauffeurs d'air qui, par néces- sité, fonctionnent à des températures relativement basses de façon à reti- rer le maximum de la chaleur restante des gaz quittant le .système afin de la rendre à l'air entrant pour la combustion.
Ces dépôts d'acide sont par- ticulièrement gênants dans les installations modernes, telles que des cen- trales électriques, où l'on cherche à augmenter le rendement thermique en réduisant les températures de sortie des gaz de fumée au moyen d'économiseurs et de réchauffeurs d'air.
Le nettoyage et/ou le remplacement de surfaces qui ont été atta- quées' par des dépôts d'acide condensé résultant de cette basse température de sortie des gaz est une opération coûteuse et qui entraine un arrêt pé- riodique avec des conséquences sérieuses, de la chaudière principale pour le remplacement de ces sections de l'installation. Comme autre solution, une partie du rendement thermique doit être sacrifiée pour permettre une plus forte température de sortie des gaz
L'on s'est rendu compte que la présence de particules de carbone finement divisées dans les gaz de foyer tend à empêcher l'oxydation du soufre contenu dans le combustible en SO et à abaisser le point de condensation d'acide des gaz.
Les recherches ce sujet ont jusqu'à présent été effectuées suivant des principes théoriques seulement et les connaissances
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qui en ont été retirées n'ont pas été appliquées au point de vue commercial et pratique. La présente invention a pour but de procurer un nuage de car- bone finement divisé, tiré d'une alimentation auxiliaire ou d'une matière organique dénommée ci-après "inhibiteur", au-dessus du lit de combustible dans un foyer de chaudière au charbon, en des régions déterminées où il sera efficace pour empêcher l'oxydation du soufre du combustible en SO3.
L'invention, en conséquence, procure une méthode de chauffe d' une chaudière comprenant la formation à l'intérieur de la chaudière, par injection dans la chaudière d'un inhibiteur organique, d'un nuage de parti- cules de carbone et l'empêchement par conséquent de l'oxydation du soufre contenu, dans le combustible en SO3.
L'invention, par conséquent, procure une méthode pour empêcher, dans les foyers de chaudières au charbon, l'oxydation de soufre contenu dans le combustible en SO3, comprenant la formation, par injection dans le foyer d'un inhibiteur organique, d'un nuage de particules de carbone au- dessus du lit de combustible dans une zone où la fumée ne se forme pas pendant la chauffe normale du foyer.
Dans les chaudières équipées de foyers à grille mobile ou à chaîne, la combustion du charbon a lieu en deux temps. Pendant le premier temps, ou temps de distillation, la matière volatile contenue dans le char- bon est distillée et enflammée principalement sur la partie frontale de la grille, et pendant le second temps, ou temps de combustion, a lieu la combustion du coke résiduel. Pendant la période de distillation, la flamme est lumineuse et contient de la suie, et il y a probablement assez de char- bon finement divisé dans les gaz, dans le lit de combustible et au-dessus de celui-ci, pour réaliser un degré important d'empêchement naturel de forma- tion de SO3.
Il y a, toutefois, trop peu de fumée dans la partie du combustible, ou au-dessus de celle-ci, subissant la période finale de combustion principalement en tant que coke débarrassé des matières volatiles, incapa- ble de produire lui-même de la fumée. Ce combustible est à une plus haute température que celui subissant la distillation et c'est ici que les con- ditions favorisent particulièrement la formation de SO3.
Suivant l'invention, l'on projette dans une chaudière chargée mécaniquement, un inhibiteur, pour empêcher la formation de SO3, à l'aide d'un injecteur prévu pour fournir ledit inhibiteur de façon à former un nuage de particules de carbone au-dessus de la partie du lit de combustible où il ne se forme pas de fumée pendant le fonctionnement normal du foyer.
Dans le cas d'une chaudière équipée d'un foyer à grille mobile ou à chaîne, ou de foyers à cornues, le combustible à la partie frontale de la grille subit une distillation et perd ses composants volatils, avec par conséquent un dégagement de particules de charbon dans les gaz ainsi dégagés, et le combustible à l'arrière de la grille est pratiquement du coke résiduel. L'on prévoit par conséquent l'injecteur ou les injecteurs de fa- çon à ce qu'ils produisent un nuage de particules de carbone immédiatement au-dessus de la surface du combustible ou sur celle-ci, à l'arrière de la grille. De même, dans le cas d'une chaudière à foyer chargé par en dessous l'injecteur ou les injecteurs sont prévus pour produire un nuage de particu- les de carbone dans la zone de la périphérie de la grille.
L'inhibiteur peut être amené à l'injecteur soit sous forme solide finement divisée, soit sous forme liquide, et l'on préfère utiliser des com- bustibles bitumineux ou liquides dérivés de la distillation du goudron de houille, par exemple ceux connus commercialement sous les dénominations GTF 200, CTF 100 et CTF 50, bien que du mazout ou de la poussière de char- bon puissent être utilisés avantageusement à leur place. Les indices mumé- riques des combustibles de goudron de charbon mentionnés ci-dessus indiquent la température, en degré Fahrenheit, à laquelle le combustible en question est à l'état convenable pour être atomisé.
Ces combustibles sont complète- ment décrits dans l'ouvrage "Coal Tar Fuels" publié par l'"Association of Tar Distillers" en août 1944, GTF 50 et CTF 100 étant des créosotes et CTF
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200 un produit de viscosité quelque peu plus élevée.
Bien que divers inhibiteurs aient été essayés, en mesurant le point de condensation des gaz de fumée, il a été trouvé, que la chaudière soit chauffée au moyen d'un chargeur mécanique ou avec de l'huile ou du charbon pulvérisé, que l'empêchement le plus efficace est réalisé quand un inhibiteur à fort contenu aromatique est utilisé.
Dans une chaudière chauffée à l'huile, l'huile fournie par chaque brûleur brûle en une zone de combustion en forme de boule s'étendant depuis l'ajutage du brûleur et disposée en dessous des tubes de chaudière, et 1' on préfère prévoir la formation d'un nuage de particules de carbone à 1' intérieur de chacune de ces zones de combustion.
Dans le cas d'une chaudière chauffée à l'huile, l'on peut utiliser comme inhibiteur une alimentation en mazout tirée de l'alimentation principale en combustible de la chaudière. Dans ce cas, il peut être prévu d'enrichir l'inhibiteur avec un métal ou composé métallique inhibiteur convenable par exemple l'oxyde de zinc, l'acétate de zinc ou un composé de magnésium, sur son trajet depuis l'alimentation principale en combustible jusqu% l'injecteur à travers lequel il est projeté dans le foyer.
L'on se rendra compte qu'un ou plusieurs injecteurs peuvent être prévus dans le foyer et que ces injecteurs seront placés en certains points dans les parois du foyer, soit au-dessus, au dos, sur le devant ou sur les côtés suivant ce qui est le plus commode eu égard à la nature de l'installation à laquelle sont appliqués les injecteurs.
Quelques réalisations pratiques de l'invention seront maintenant décrites en détail, comme exemples, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
Les figures 1, 2 et 3 sont respectivement des vues schématiques en élévation et en coupe de trois types différents de chaudières chargées mécaniquement, à tubes d'eau, suivant l'invention.
Les figures 4 et 5 sont des vues représentant différents types d'injecteur.
Des indices de référence semblables ont été donnés aux pièces semblables dans toutes les figures.
Sur chacune des figures 1 à 3, la chaudière est représentée munie d'un foyer avec grille à chaîne 10 et les gaz de combustion passent à travers les tubes de chaudière 11, ainsi qu'il est indiqué par les flèches. Dans chaque cas, le foyer de chaudière est muni d'un injecteur 12 prévu pour projeter un inhibiteur de façon à produire un nuage 13 de particules de carbone au-dessus du lit de combustible à l'arrière de la grille 10. Dans le cas de la figure 1, l'injecteur 12 est installé dans la paroi frontale 14 du foyer, à la figure 2 il est installé dans la paroi arrière 15 et à la figure 3 il est installé dans la paroi latérale 16.
L'injecteur 12, ou les injecteurs, quand il en est prévu plus d' un, doivent être d'une nature telle que l'inhibiteur peut être projeté à une vitesse suffisante pour assurer qu'il atteindra, sans combustion com- Piète, la zone dans laquelle le nuage 13 de particules de carbone finement divisées doit être produit, Il est par conséquent nécessaire :
1 - de projeter l'inhibiteur à une vitesse suffisante pour atteindre l'objectif et
2 - d'empêcher ou retarder sa combustion jusqu'à ce qu'il ait eu le temps d'atteindre le point où il est nécessaire de former le nuage de fumée.
Il y a normalement suffisamment d'air dans le foyer pour permettre la combustion complète de l'inhibiteur, de sorte qu'il ne faut pas fournir d'air à l'injecteur. Au contraire, afin d'empêcher la combustion prématurée
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de l'inhibiteur, l'on préfère prévoir que le jet ou le faisceau d'inhibi- teur fourni par l'injecteur 12 soit entouré par une enveloppe de vapeur, de gaz de fumée ou de gaz inerte, ou un mélange de deux ou plusieurs de ces derniers, et à cette fin l'on peut utiliser un injecteur du type représenté à la figure 4. Dans ce cas, l'inhibiteur, sous forme liquide ou solide fi- nement divisée, est amené sous pression le long d'un tube central 17 dans le sens de la flèche,tandis que les gaz de fumée, la vapeur ou un gaz inerte,
sont amenés à circuler à travers une troupe de venturi 18 entourant le tube 17.
L'autre forme d'injecteur, représentée à la figure 5, comprend un tube 19, à travers lequel l'inhibiteur circule dans le sens de la flè- che, muni d'un gicleur de venturi 20 à son embouchure. Quand l'inhibiteur ne doit parcourir qu'une faible distance pour atteindre la zone dans laquel- le le nuage de particules de carbone doit être formé.. l'injecteur représenté à la figure 5 peut être utilisé tel quel. Dans le cas d'une plus grande por- tée, toutefois, le tube 19 devrait être entouré par un tube extérieur à tra- vers lequel le gaz de fumée, la vapeur ou un gaz inerte passe afin de former une enveloppe retardant la combustion et entourant le jet ou le faisceau d' inhibiteur projeté de l'ajutage ou du gicleur.
L'inhibiteur ne devrait pas être projeté en vapeur trop fine, étant donné que ceci pourrait amener sa combustion complète avant qu'il n'atteigne son objectif. Il ne doit pas non plus être projeté sous la forme d'un fais- ceau trop épais, étant donné qu'il pourrait alors aller trop loin et ne pas former un nuage de fumée là où c'est nécessaire.
L'expression "particules de carbone", utilisée dans le présent texte et dans les revendications ci-après, ne doit pas être considérée comme limitée aux particules de carbone élémentaire, mais elle comprend des par- ticules de matières à poids moléculaire inférieur à celui de l'inhibiteur et produites par "cracking" à partir de l'inhibiteur.
Ainsi qu'il sera évident d'après la proposition ci-dessus d'in- troduire,dans une circulation d'huile dérivée de l'alimentation principale en huile, un composé inhibiteur tel que l'oxyde de zinc, l'invention envisa- ge l'utilisation d'un combustible liquide, qui peut par lui-même être un in- hibiteur à un plus ou moins haut degré, comme agent pour transporter un autre inhibiteur plus actif, sout en suspension colloïdale, soit en solution, afin de faciliter son arrivée sous forme concentrée au point où le nuage de fumée doit être produit. De petites quantités d'inhibiteurs solides ou liquides sont difficiles à projeter de façon à atteindre le point d'efficacité maxi- mum sans une certaine perte, particulièrement sous des conditions de haute température du foyer.,
REVENDICATIONS.
1. Méthode pour empêcher, dans des foyers de chaudières chauffées au charbon, l'oxydation de soufre contenu dans le combustible en SO , caractérisée en ce qu'elle comprend la formation, par projection dans le foyer d' un inhibiteur organique, d'un nuage de particules de carbone au-dessus du lit de combustible en une zone où il n'y a pas formation de fumée pendant la chauffe normale du foyer.
2. Méthode pour empêcher, dans des foyers de chaudières chauffées au charbon ayant une grille mobile ou à chaîne, ou un foyer à cornues, l'oxy- dation du soufre contenu dans le combustible en SO3, caractérisée en ce qu' elle comprend la formation, par projection dans le foyer d'un inhibiteur or- ganique, d'un nuage de particules de carbone au-dessus du lit de combustible à l'extrémité arrière de la grille.
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IMPROVEMENTS RELATING TO BOILER FIREPLACES.
Considerable trouble has been experienced in mechanically loaded boiler installations as a result of the formation of SO3 from the oxidation of sulfur in the fuel. The acid resulting from the combination of sulfur oxides with the vapor inevitably present in the flue gas causes the most trouble where it tends to condense on the heating surfaces of the final stage of a boiler installation, particularly on air preheaters which, by necessity, operate at relatively low temperatures so as to remove the maximum of the remaining heat from the gases leaving the system in order to return it to the air entering for combustion.
These acid deposits are particularly troublesome in modern installations, such as power stations, where it is sought to increase thermal efficiency by reducing the outlet temperatures of the flue gases by means of economizers and heaters. air heaters.
The cleaning and / or replacement of surfaces which have been attacked by deposits of condensed acid resulting from this low gas outlet temperature is an expensive operation and which leads to periodical shutdown with serious consequences. the main boiler for the replacement of these sections of the installation. As an alternative, part of the thermal efficiency must be sacrificed to allow a higher gas outlet temperature.
It has been found that the presence of finely divided carbon particles in the combustion gases tends to prevent oxidation of the sulfur in the fuel to SO and to lower the acid dew point of the gases.
Research on this subject has so far been carried out according to theoretical principles only and the knowledge
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which were withdrawn have not been applied commercially and practically. The object of the present invention is to provide a finely divided carbon cloud, drawn from an auxiliary feed or from an organic material hereinafter referred to as "inhibitor", above the bed of fuel in a furnace furnace at the bottom. coal, in specific regions where it will be effective in preventing the oxidation of sulfur in the fuel to SO3.
The invention, therefore, provides a method of heating a boiler comprising forming inside the boiler by injecting into the boiler an organic inhibitor, a cloud of carbon particles and the formation of the boiler. therefore preventing the oxidation of the sulfur contained in the fuel to SO3.
The invention, therefore, provides a method of preventing the oxidation of sulfur contained in the fuel to SO3 in coal-fired furnaces, comprising the formation, by injection into the furnace of an organic inhibitor, of a cloud of carbon particles above the fuel bed in an area where smoke does not form during normal heating of the fireplace.
In boilers equipped with movable grate or chain fireplaces, the combustion of coal takes place in two stages. During the first stage, or distillation stage, the volatile matter contained in the coal is distilled and ignited mainly on the front part of the grate, and during the second stage, or combustion stage, the combustion of the residual coke takes place. . During the distillation period the flame is bright and contains soot, and there is probably enough finely divided charcoal in the gases, in and above the fuel bed, to achieve a degree important natural prevention of SO3 formation.
There is, however, too little smoke in or above the fuel portion undergoing the final period of combustion primarily as volatile-free coke, unable to produce itself. smoke. This fuel is at a higher temperature than that undergoing distillation and it is here that conditions particularly favor the formation of SO3.
According to the invention, an inhibitor is sprayed into a mechanically loaded boiler, to prevent the formation of SO3, using an injector provided to supply said inhibitor so as to form a cloud of carbon particles at- above the part of the fuel bed where smoke does not form during normal operation of the fireplace.
In the case of a boiler equipped with a movable grate or chain furnace, or retort furnaces, the fuel at the front of the grate undergoes distillation and loses its volatile components, with consequent release of particles. of coal in the gases thus released, and the fuel behind the grate is practically residual coke. The injector or injectors are therefore provided so that they produce a cloud of carbon particles immediately above or on the fuel surface, behind the grate. . Likewise, in the case of a furnace with a hearth loaded from below the injector or injectors are provided to produce a cloud of carbon particles in the area of the periphery of the grate.
The inhibitor can be supplied to the injector either in finely divided solid form or in liquid form, and it is preferred to use bituminous or liquid fuels derived from the distillation of coal tar, for example those known commercially as. the designations GTF 200, CTF 100 and CTF 50, although fuel oil or coal dust can advantageously be used instead. The numerical indices of the coal tar fuels mentioned above indicate the temperature, in degrees Fahrenheit, at which the fuel in question is in a state suitable for atomization.
These fuels are fully described in the work "Coal Tar Fuels" published by the "Association of Tar Distillers" in August 1944, GTF 50 and CTF 100 being creosotes and CTF
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200 a product of somewhat higher viscosity.
Although various inhibitors have been tried, by measuring the dew point of flue gases, it has been found whether the boiler is heated by means of a mechanical loader or with oil or pulverized coal, that the The most effective prevention is achieved when an inhibitor with a high aromatic content is used.
In an oil-heated boiler, the oil supplied by each burner burns in a ball-shaped combustion zone extending from the burner nozzle and disposed below the boiler tubes, and it is preferred to provide the formation of a cloud of carbon particles within each of these combustion zones.
In the case of an oil-fired boiler, an oil supply taken from the main fuel supply to the boiler can be used as an inhibitor. In this case, provision can be made to enrich the inhibitor with a suitable inhibitory metal or metal compound, for example zinc oxide, zinc acetate or a magnesium compound, on its path from the main supply of fuel up to the injector through which it is projected into the fireplace.
It will be appreciated that one or more injectors can be provided in the hearth and that these injectors will be placed at certain points in the walls of the hearth, either above, on the back, on the front or on the sides according to this which is the most convenient having regard to the nature of the installation to which the injectors are applied.
Some practical embodiments of the invention will now be described in detail, as examples, with reference to the accompanying drawings, in which:
Figures 1, 2 and 3 are respectively schematic views in elevation and in section of three different types of mechanically charged boilers, water tubes, according to the invention.
Figures 4 and 5 are views showing different types of injector.
Similar benchmarks have been given to like parts in all figures.
In each of Figures 1 to 3, the boiler is shown provided with a hearth with chain grate 10 and the combustion gases pass through the boiler tubes 11, as indicated by the arrows. In each case, the boiler hearth is fitted with an injector 12 intended to project an inhibitor so as to produce a cloud 13 of carbon particles above the bed of fuel behind the grate 10. In the case in figure 1, the injector 12 is installed in the front wall 14 of the fireplace, in figure 2 it is installed in the rear wall 15 and in figure 3 it is installed in the side wall 16.
The injector 12, or the injectors, when more than one is provided, should be of such a nature that the inhibitor can be thrown at a rate sufficient to ensure that it will achieve, without complete combustion, the area in which the cloud 13 of finely divided carbon particles is to be produced, It is therefore necessary:
1 - to project the inhibitor at a speed sufficient to achieve the objective and
2 - to prevent or delay its combustion until it has had time to reach the point where it is necessary to form the smoke cloud.
There is normally sufficient air in the fireplace to allow complete combustion of the inhibitor, so no air must be supplied to the injector. On the contrary, in order to prevent premature combustion
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inhibitor, it is preferred to provide that the jet or beam of inhibitor supplied by injector 12 is surrounded by an envelope of vapor, flue gas or inert gas, or a mixture of two or more. several of these, and for this purpose an injector of the type shown in Figure 4 can be used. In this case the inhibitor, in liquid or finely divided solid form, is supplied under pressure along the line. a central tube 17 in the direction of the arrow, while the flue gas, steam or an inert gas,
are caused to circulate through a troop of venturi 18 surrounding the tube 17.
The other form of injector, shown in FIG. 5, comprises a tube 19, through which the inhibitor flows in the direction of the arrow, provided with a venturi nozzle 20 at its mouth. When the inhibitor has to travel only a short distance to reach the area in which the cloud of carbon particles is to be formed, the injector shown in Figure 5 can be used as is. In the case of a larger span, however, tube 19 should be surrounded by an outer tube through which flue gas, vapor or inert gas passes to form a combustion retardant envelope and surrounding the jet or beam of inhibitor projected from the nozzle or nozzle.
The inhibitor should not be sprayed with too fine a vapor, as this could cause it to burn completely before it achieves its purpose. It should also not be projected as too thick a beam, as it could then go too far and not form a cloud of smoke where necessary.
The term "carbon particles" as used in the present text and in the claims which follow should not be construed as limited to particles of elemental carbon, but includes particles of material having a molecular weight lower than that. inhibitor and produced by "cracking" from the inhibitor.
As will be apparent from the above proposal to introduce into an oil circulation derived from the main oil feed an inhibitor compound such as zinc oxide, the invention contemplates - ge the use of a liquid fuel, which may in itself be an inhibitor to a greater or lesser degree, as an agent for transporting another more active inhibitor, in a colloidal suspension or in solution, in order to to facilitate its arrival in concentrated form to the point where the smoke cloud is to be produced. Small amounts of solid or liquid inhibitors are difficult to spray so as to reach the point of maximum effectiveness without some loss, particularly under high temperature conditions of the hearth.,
CLAIMS.
1. Method for preventing the oxidation of sulfur contained in the fuel to SO in furnaces of coal-fired boilers, characterized in that it comprises the formation, by projection into the furnace of an organic inhibitor, of a cloud of carbon particles above the fuel bed in an area where there is no smoke formation during normal heating of the fireplace.
2. Method for preventing, in furnaces of coal-fired boilers having a movable or chain grate, or a retort furnace, the oxidation of the sulfur contained in the fuel to SO3, characterized in that it comprises the formation, by projection into the focus of an organic inhibitor, of a cloud of carbon particles above the fuel bed at the rear end of the grate.
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