Dispositif pour la combustion de charbon pulvérisé. La présente invention a pour objet un dispositif pour la coplbustion de charbon pul vérisé, caractérisé par une chambre de com bustion cylindrique, dont les parois sont pour vues en partie au moins de moyens de refroi dissement par fluide recouverts d'un garnis- sage réfractaire et -dans laquelle un mélange de charbon pulvérisé et d'air est introduit de telle façon que dans cette chambre le mélange en combustion soit animé d'un mouvement tourbillonnaire,
ce mélange étant introduit à une extrémité de la chambre et les gaz brûlés sortant par l'autre extrémité, le tout afin que ce mouvement tourbillonnaire assure le dépôt des cendres sur les parois de la chambre et permette ainsi leur évacuation à l'état liquide.
Ce dispositif pourrait être, par exemple, le dispositif de combustion d'un générateur de vapeur.
Le dessin représente, à titre d'exemple, plusieurs formes de réalisation du .dispositif selon l'invention.
La fig. 1 est une vue en coupe verticale d'une chaudière équipée avec une première forme de réalisation .du :dispositif selon l'in vention.
La fig. 2 est une coupe, à plus grande échelle, du dispositif de combustion de la chaudière montrée à la fig. 1.
Les fig. 3, 4, 5 et 6 sont des vues en coupe respectivement par III-III, IV-IV, V -V et VI-VI de la fig. 2. La fig. 7 est une vue en coupe par VII-VII de la fig. 2.
La fig. 8 est une vue en coupe, à plus grande échelle, .d'une partie de la paroi .de la chambre de combustion du dispositif de la fig. 2.
La fig. 9 est une vue en :coupe axiale d'une deuxième forme de réalisation du dispositif selon l'invention.
La fig. 10 Est une coupe principalement par X-X de la fig. 9 et en partie par A -A de cette figure.
La fig. 11 est une :coupe axiale d'une troisième forme de réalisation.
Les fig. 12 et 13 sont des .coupes par XII-XII et XIII-XIII respectivement de la fig. 11.
La fig. 14 ,est une coupe axiale d'une qua trième forme de réalisation.
La fig. 15 représente un détail de la paroi de la chambre de combustion du dispositif de la fig. 14.
La fig. 16 est 1-me vue en coupe verti cale, à grande échelle, d'une partie :d'une va- riante -de la première forme .d'exécution.
La fig. 17 est une coupe par XVI-XVI de la fig. 16.
Les fig. 18 et 19 ;sont des coupes par XVII-XVII et XVIII-XVIII de la fig.17. La fig. 1 montre un élévateur 1 recevant du charbon brut à son extrémité inférieure et le déchargeant .dans une trémie à charbon brut 2.
La trémie se décharge à travers un tuyau :3 dans Lui .distributeur 4 qui alimente en charbon à la cadence désirée un concasseur 5 alimentant le dispositif de combustion 6 représenté en détail par les fig. 2 à 8.
De l'air préchauffé pour la combustion est amené par deux ventilateurs 7, recevant l'air par une vanne .d'entrée équilibrée 8 et débitant par les tubes 9 dans Lm réchauffeur d'air 10 à chauffage par eau et par fumées. LTne partie de l'air préchauffé est envoyée par un tuyau 11 à l'extrémité supérieure du broyeur pour sécher le charbon au cours du broyage.
Un deuxième tuyau d'air dérivé 12 est relié ali tuyau de décharge du broyeur pour assurer une -décharge à grande vitesse du mélange air@eharbon par le tuyau 13 vers le dispositif de combustion 6.
La chaudière comprend une section infé rieure, à double paroi 14, constituant un espace de combustion secondaire 15 refroidi entièrement par eau, s'ouvrant par un côté vers la chambre de combustion du dispositif de combustion 6 et ayant une sortie des cen dres 16 .du côté opposé. La paroi interne est garnie par :des pointes métalliques recouvertes par une couche réfractaire 17. Des groupes espacés verticalement .de tubes 18 formant.
écrans pour .les cendres, et à recouvrement réfractaire s'étendent à travers cet espace de combustion secondaire, entre côtés opposés de la paroi 14. La vapeur produite dans cette paroi et dans les tubes est collectée dans le réservoir 19 qui débite dans une tuyauterie de vapeur 20.
La section supérieure de la chaudière est formée par une caisse rectan gulaire, à double paroi 21 superposée à la section inférieure et ayant ses côtés opposés reliés par des faisceaux de tubes à eau 22 et 23. La vapeur produite dans ces faisceaux supérieurs est séparée par des séparateurs tourbillonnaires 24 et .collectée dans un ré- servoir 25 pour être évacuée par la conduite de vapeur 26.
Une cheminée est montée au-des- sus de la section supérieure avec un espace ménagé entre la section et la cheminée, à travers laquelle on peut. observer le comporte ment des fumées et .qui permet l'entrée d'air de refroidissement.
Le .dispositif de combustion 6 comporte une chambre de combustion cylindrique 28 d'axe incliné dans laquelle débouche axialement une chambre d'entrée de combustible, ayant le même axe que la chambre de combustion 28.
La chambre d'entrée de combustible et divi sée en une section de décharge cylindrique intérieure 29 qui s'ouvre dans la chambre de combustion 28 et une section .d'entrée de com bustible extérieure 30 dans laquelle à peu près la moitié .de la paroi cylindrique a une sec tion en forme de spirale, la partie restante gardant le même .diamètre que la section de décharge. La chambre d'entrée de combus tible et la chambre de combustion sont entou rées et refroidies par un tube d'eau 31 enroulé en forme de serpentin.
Les portions du tube3l constituant l'armature des parois circonféren- tielles et des parois frontales de la chambre de combustion28sont rapprochées et munies d'un côté de pointes métalliques 32 (fig. 8) rete nant une couche de matière réfractaire 33, recouvrant ces portions du tube 31 et qui peut être une substance plastique à base de chrome par exemple. Cette couche constitue la sur face interne refroidie par eau de la .chambre de combustion.
Des portions non garnies du tube 31 constituent l'armature de la paroi cylindrique -de la section de décharge 29 de la chambre d'entrée du combustible et sont recouvertes sur leur côté interne par une pla que métallique polie 34 soudée sur elles. La plaque 34 est étendue de facon à former aussi la paroi périphérique de la section d'entrée du .combustible 30.
Les portions du tube 31 des parois cylindriques et frontales de la chambre .de .combustion et de la paroi cylin drique de la chambre d'entrée du combustible sont couvertes sur leur côté externe par une plaque métallique de forme correspondante 35 soudée à ces portions de tube, et 'cette plaque est revêtue d'une couche de matériau calori fuge 36.
Comme il est. montré sur les fig. 2, 3, 4 et 6, 1a section d'entrée du combustible 30 a une paroi terminale circulaire à. refroidisse ment fluide 37, avec une ouverture centrale 38 pour l'insertion d'un brûleur à essence ou à gaz pour l'allumage de .la chambre de com- bustion et qui sert comme ouverture permet tant la surveillance pendant le fonctionne ment.
A l'ouverture 38 se raccorde axiale ; ment une petite chambre 39 fermée à son extrémité extérieure par -Lui couvercle amo vible 40 dans lequel une fenêtre est pratiquée ayant le diamètre de l'ouverture 38. La vitre qui couvre .cette fenêtre est maintenue rela tivement froide et l'ouverture 38 maintenue claire par un ajutage d'air 41 relié à l'ali mentation en air préchauffé par un tuyau dérivé 42 commandé par un reffistre et dis posé tangentiellement au secteur 43 .(le la pa roi de la chambre 38 modelé à la forme d'une spirale,
comme indiqué sur la fig. 7. Un petit courant tourbillonnaire d'air primaire à grande vitesse est ainsi amené à la chambre 38, tournant dans le même sens que .le cou , rapt dans la section d'entrée de combustible 30. Ce courant tourbillonnant passant au cen tre à travers la chambre d'entrée de combus tible permet d'éviter la présence -de parti cules fines dans la partie centrale de cette chambre et de réduire ainsi .au minimum la combustion dans cette chambre.
Cela aide aussi l'expansion du courant d'air primaire vers .la paroi cylindrique de la chambre de combustion 28. Cette disposition .est particu lièrement avantageuse pour une .chambre sous pression, .car lorsque le couvercle 40 est ouvert, le courant d'air tournant dans la chambre 38 crée une succion appréciable vers la chambre de combustion empêchant un re tour de flammes ou de fumées chaudes .dans la chambre 38.
La partie de section en forme .de spirale de la plaque 34 formant .la paroi de la sec Lion d'entrée de combustible 30 est étendue de manière à former une entrée d'air primaire et de combustible 44 disposée tangentielle ment, comme le montre la fig. 3. Les portions de plaque constituant l'entrée 44 sont dispo- sées pour former un ajutage 45 dirigé vers le bas, avec l'extrémité supérieure reliée au tuyau de sortie 13 du broyeur.
Le courant d'air primaire mélangé de combustible entrant par l'entrée 44 tournera dans le sens inverse des aiguilles d'une montre dans la chambre .d'entrée, comme l'indique la fig. 3. Un rebord annulaire 46 provoque -une projection radiale vers l'intérieur au bout extérieur de la sec tion .de sortie 29 en vue d'assurer une distri bution pour uniforme du courant de combus tible dans .cette section cylindrique dans le sens circulaire.
La vitesse du courant air pri maire combustible dans l'entrée 44 est réglée sans changer la position du courant par rap port à la. paroi eireonférentielle par un re gistre à commande manuelle 47. Le courant air combustible passe sous la forme d'un cou rant tourbillonnaire à expansion périphéri que à travers le bout circulaire de la section 29 dans la chambre de combustion 28.
La construction décrite de la chambre d'entrée de combustible, jointe à une conformation torique 48 de l'extrémité adjacente de la chambre de combustion élimine les accumula- tions, de coke et de cendres à cet endroit.
La portion .de paroi cylindrique de la chambre de combustion 28 utilisée pour l'en trée de l'air secondaire comporte des por tions parallèles de tubes, interrompues et re liées en série par chevauchement de groupes 49 espacés et recourbés à 1.80 .
Cette entrée d'air secondaire 50 débouche tangentiellement dans .la chambre de combustion 28 par une fente longitudinale de la paroi de .cette cham bre disposée à une extrémité d'une partie de cette paroi qui présente sur 180 un profil de spirale, et qui est disposée de façon à former à proximité de la fente une partie fortement inclinée de manière à réduire au minimum la formation d'agrégats de cendres dans cette zone.
Du côté intérieur le bord de la fente .est formé par des parties longitudi nales 51 du tube de circulation d'eau garnies de matières réfractaires du côté intérieur. A l'intérieur de l'entrée d'air secondaire 50 se trouve monté le bout intérieur d'un ajutage conique 52 qui s'ouvre par son extrémité extérieure dans un tuyau d'alimentation en air préchauffé 53.
Avec cette disposition, lecourant d'air secondaire entre dans la chambre de combus- tion 28 en lin point déplacé ang111airement d'environ 120 en arrière par rapport au point où le mélange air primaire combustible entre dans la section d'entrée clé combustible 30 et avec le même sens -de rotation que les courants d'air primaire mélangé de combus tible et d'air auxiliaire.
La section effective de l'entrée d'air secondaire et, par.suite, la vitesse et le débit de l'air secondaire, est ré glable sans changer la position .du courant entrant par rapport à la paroi cylindrique de la .chambre de combustion, au moyen d'un registre 54 monté à charnières en 55, de façon à permettre le mouvement du registre par rapport au côté extérieur de l'ajutage d'air 52,
au moyen d'une commande de registre com prenant des tourillons 56 à l'extrémité exté rieure du registre engagés dans des fentes de leviers 57 montés sur lm arbre 58 qui peut être commandé à la main ou mécaniquement.
L'extrémité postérieure de la chambre de combustion 28 est pourvue d'une sortie dis posée de façon que le courant tourbillonnant de gaz brûlés allant vers l'arrière est forcé de se déplacer vers l'intérieur et vers l'avant, d'où un changement brutal de direction axiale avant d'atteindre la sortie et sans cessation du mouvement tourbillonnaire.
La paroi fron tale postérieure 59 de la chambre de combos , tion présente une ouverture centrale .entourée d'un. rebord circulaire 60 s'étendant vers l'avant et ayant également une armature for mée de portions du tube 31 revêtues de ma tière réfractaire des deux côtés. Le bord libre de ce rebord se trouve en arrière de l'extré mité postérieure de l'entrée d'air secondaire 50 et ce rebord est conique, allant en se ré trécissant vers l'avant.
Le rebord 60, la paroi cylindrique de la chambre de combustion et la paroi postérieure de celle-ci forment entre .elles une poche annulaire 61 ouverte à son extrémité anté rieure qui provoque une contraction radiale ,du courant ,de gaz brûlés tourbillonnant et un renversement axial .de son mouvement avant de pénétrer dans la sortie.
La sortie de gaz brûlés 62 est de section circulaire et dirige les flammes vers la chambre de combustion secondaire 15 avec ses parois inclinées d'en viron 15 par rapport à son axe. Les gaz brû lés relativement propres passent à travers la sortie 62 et -entrent dans la chambre de com bustion secondaire qui est d'un volume nette- ment supérieur à .celui de la chambre 28.
La vitesse réduite qui en résulte pour les gaz brû lés facilite la séparation de toutes particules de cendres en suspension.
La sortie de cendres 63 de la chambre de combustion 28 est placée dans la partie de la paroi frontale postérieure 59 adjacente au fond de la chambre de combustion, légèrement à côté du plan vertical passant par l'axe de la chambre, en direction du mouvement de rota tion .des gaz.
La sortie .des cendres 63 est réa lisée, comme l'indiquent les fig. 2, 5 et 7, par renversement de l'enroulement des portions de tube de la paroi frontale 59 au moyen de paires de coudes à 180 adjacentes et se recou vrant en partie, et en inclinant les parties de tube adjacentes aux coudes en directions opposées sans changer notablement le con tour de la surface frontale intérieure de la chambre.
Les parties de tube adjacentes aux différents coudes de 180 , sont inclinées de quantités variables de façon que la partie supérieure de l'ouverture pour cendres soit plus étroite que la partie inférieure et l'arran gement est tel que la sortie est d'une hauteur suffisante polir que les gaz puissent y passer au-dessus -du niveau normal de cendres,
mais les gaz qui y pénètrent doivent y changer brusquement de direction. La flèche de la fig. 7 indique la direction du courant de gaz par rapport à la sortie des cendres.
Les cen dres séparées qui coulent le long des parois de la chambre et le long du fond vers la sortie 63 des cendres, ont leur mouvement facilité par la légère inclinaison donnée à la chambre de combustion. Les cendres évacuées par la sortie 63 coulent le .long du fond -de la cham bre .de combustion secondaire 15 et sortent, avec celles provenant de cette chambre, par la sortie 16.
Dans le dispositif décrit, le courant pri maire principal air-combustible parcourt lon- g itudinalement la chambre de combustion avec une grande vitesse angulaire en un film ou couche .mince suivant un chemin hélicoïdal au contact de la paroi cylindrique de la cham bre.
La température élevée maintenue dans la chambre de combustion fait passer rapidement les particules & c combustible par les stades de fusion, d'agglutination, de gazéification et d'allumage et de combustion des gaz combus tibles et du carbone fixe.
L'air primaire principal entrant avec le courant de combustible ne forme qu'une par tie relativement faible de l'air total de com bustion amené à la chambre, de préférence pas phis de 25 %, et la quantité totale d'air amené peut avantageusement se limiter à un faible excès,
de préférence moins de 15 % en excès par rapport à la quantité théoriquement requise. Un faible excès d'air est particulière ment avantageux pour les gros débits et avec des charbons à cendres à températures: de fusion élevées.
L'air de combustionsecondaire est amené à la. chambre de combustion dans des conditions de nature à effectuer une combustion rapide d'à peu près tous les constituants combustibles et la libération des cendres.
Pour cela., l'air secondaire à température élevée est introduit dans la chambre .de combustion à une vitesse linéaire approximativement égale à celle du courant primaire air-combustible en un cou rant mince allongé axia.lement, dirigé tan gentiellement, de façon à tourner dans la chambre de combustion dans le même sens que le .courant primaire air-combustible. Bien que le courant d'air secondaire aplati se trouve introduit sur une portion de longueur impor tante de la chambre de combustion, entre le point.
d'entrée du combustible et la sortie des gaz de la chambre, il est espacé suffisamment de l'entrée du courant primaire air-coinbus- tible pour permettre la combustion à peu près complète des particules fines avant l'arrivée en contact du courant primaire avec le courant d'air secondaire.
Avec l'entrée d'air secondaire décrite, il y a mélange progressif du courant d'air secondaire avec le courant primaire air- combustible en combustion, sans modification de la trajectoire hélicoïdale de ce dernier ou séparation du courant primaire air-combusti- ble de la paroi cylindrique de la chambre de combustion par une couche d'air secondaire.
Avec l'agencement .décrit d'admission de combustible et d'air dans la chambre de com bustion 28, la combustion des particules de combustible progresse rapidement, à une vi tesse qui augmente dans la zone d'admission du courant d'air secondaire et la température dans la chambre de combustion est maintenue aisément bien ou-.dessus de 1a température de fusion des cendres, malgré une grande varia tion des conditions .de fonctionnement.
Dans de telles conditions de combustion, le contenu en cendres du combustible est rapi dement libéré et, grâce à l'effet centrifuge, les parois de la chambre de .combustion et spécialement les parois cylindriques sont cou vertes d'une pellicule de cendres fondues qui adhère à la surface interne réfractaire des parois et constituent une surface collante con tre laquelle viennent se heurter et se coller les particules plus lourdes de combustible du courant air-combastible. Le courant tourbil lonnant de <RTI
ID="0005.0077"> .combustible et de gaz en combus tion saisit les particules ainsi collées sur la pellicule de cendres et les brûle. Ainsi, bien que la plupart des particules plus légères de combustible brûlent en suspension :dans le courant tourbillonnaire, les cendres recou vrant les parois de la chambre interviennent pour retarder la traversée des particules plus lourdes et pour les retenir dans la chambre de .combustion jusqu'à ce que leur combus tion soit complète.
La pellicule de cendres recouvrant la surface interne de la. paroi atteint rapidement une épaisseur d'équilibre dépendant des valeurs relatives -des tempé ratures .de fusion .des cendres de la tempéra ture ambiante maintenue dans la chambre, de la température des parois .de la chambre et de la vitesse -du courant de gaz au contact. Lors que des cendres en excès viennent se déposer sur les parois, elles s'écoulent vers le fond de da ,chambre par gravité et s'échappent par .la sortie de .cendres.
La chambre de combustion 28 du disposi tif décrit est maintenue normalement sous -use pression d e l'ordre de 100 à 400 .mm d'eau, ce qui facilite ï'écoulement des gaz et .des cen dres vers leurs sorties respectives.
Le renversement brusque de 1a direction d'écoulement des gaz obtenu par le rebord 60 facilite la séparation des particules de cen dres en suspension et retarde ,la sortie .de com bustibles de la chambre de combustion.
La zone de renversement du courant est dispo sée de telle faon que les particules incom plètement brûlées sont séparées du courant de gaz et agitées et saisies par les gaz au cours de leur mouvement tout autour de la poche annulaire entourant la sortie.
Ces particules de combustible restent,dans la poche annulaire soit partiellement enrobées dans la pellicule de cendres, soit en mouvement autour de la poche, jusqu'à ce que tout le combustible soit brûlé et<B>le</B> contenu de cendres relâché.
Les cendres libérées vont soit rester sur la sur face de la paroi 1de la poche, soit s'écouler tout le ,long des parois de -la poche pour re joindre la sortie et être évacuées.
La sortie 63 pour l'évacuation de cendres fondues du fond de la chambre de combustion est .disposée à un point à haute température à l'extrémité de sortie des gaz vers lequel les cendres tendent à couler. La sortie de cendres est disposée de telle façon que le courant principal de gaz n'en est pas affecté.
La sortie 62 est de dimensions suffisantes pour éviter une trop forte chute de pression et 71a -chambre de combustion secondaire est d'un volume suffisant pour réduire notable ment la vitesse des gaz sortants .de façon à permettre aux particules de cendres restées en suspension. de se
séparer avant que les gaz n'aient atteint la section de convection de la chaudière.
Le dispositif des fig. 9 et 10 comprend une ehambre de combustion cylindrique 28 inclinée ,par rapport à l'horizontale.
Sa cons truction lest la même que celle de la -chambre de combustion 28 du dispositif -des fig. 1 à 8 et ,elle -est pourvue d'une sortie de gaz formée par un rebord 60 entourant une ouverture centrale de sa paroi frontale postérieure et formant une poche annulaire 61 .ayant pour râle le renversement du courant de gaz.
De l'air secondaire est introduit le long d'une, section à profil en spirale de la paroi cylin drique, par une entrée 50 longue et étroite dirigée tangentiellement et réglée par un registre 54. Le courant air primaire combus tible est introduit par un ajutage 45 réglé par un registre et une entrée 44 disposée tan gentiellement à une section à profil de spirale de da paroi cylindrique de la chambre de com bustion 28 adjacente à la paroi frontale anté- rieure de la chambre 28.
Une entrée 38, ali mentée par l'ajutage tangentiel 41 pour l'in troduction d'air primaire auxiliaire en un courant tourbillonnant à grande vitesse au centre de .la chambre 28, est disposée dans la paroi frontale antérieure de cette chambre, alors que la sortie de cendres 63 est disposée au fond de la chambre de combustion près de la paroi lpostérieure de la chambre.
Le fonctionnement du dispositif des fig. 9 et 10 est tout à fait similaire à celui décrit phis haut.
Le dispositif. de combustion 6 des fig. 11 à 13 comprend ume chambre de combustion cylindrique 28 à axe vertical. Elle comporte une enveloppe cylindrique 99 avec une sortie de gaz centrale au sommet et une sortie de cendres dans le bas. La -chambre de combus tion 28 présente des parois comprenant une armature formée par un tube d'eau simple 31.
ou ,une multitude .de sections de tubes enrou lés enserpentin superposées et reliées en série, formant une bobine unique avec certaines par ties coudées, de manière à ménager les diver ses ouvertures nécessaires de la chambre.
Le détail de la construction de la paroi est celui de la fig. 8, les côtés intérieurs des sections du tube 31 ayant des nervures métalliques 32 et étant recouverts d'une matière réfractaire 33 teille que du minerai plastique de chrome, tan dis qu'une .couche de matière isolante de cha leur est .disposée entre les serpentins et l'en veloppe 99.
Lia surface intérieure du revête ment .réfractaire @de la .chambre 28 est aussi lisse et régulière que possible, en vue,d'éviter des perturbations du courant.
de gaz et de par ticules @en suspension à travers la chambre, ceci étant spécialement important à .cause de la trajectoire hélicoïdale ascendante suivie par legs particules solides et les gaz le long de la paroi cylindrique de la ,chambre.
Les portions de tube 31 sont pliées de manière à former des groupes espacés et che vauchés de coudes à 180 alignés, 100 et 101, pour former une entrée 102 étroite et allon- gée verticalement qui. est dirigée tangentielle ment à l'extrémité extérieure d'une section 103 de la paroi cylindrique,
la surface interne clé laquelle a un profil de spirale s'étendant sur près de 360 avant d'arriver dans la sur face cylindrique de la chambre de combustion. Le bord inférieur de l'entrée 102 est disposé à une distance suffisante au-dessus de la sor tie des cendres 63 de la .chambre -de combus tion pour éviter un refroidissement excessif des cendres dans de fond 104 de la chambre,
du fait du courant entrant d'air et @de char bon pulvérisé. L'ajutage 93 relié à .la :con duite 89 et d'injecteur d'air et de charbon, pul vérisé 97 pénètrent dans l'entrée 102, comme l'indique la fig. 12.
Un courant large, mais peu épais de com bustible pulvérisé et d'air primaire intime ment mélangé est déversé tangentiellement dans 1a chambre 28 à une grande vitesse par l'injecteur 97 à travers l'entrée 102. Ce cou rant air primaire combustible est complète ment enveloppé dans un :courant d'air secon daire préchauffé entrant à grande vitesse par l'ajutage 93.
Les courants combinés d'air et de combustible balaient à grande vitesse la surface interne réfractaire de la paroi cylin drique, le profil en spirale de cette portion de paroi amenant ile courant à se trouver en tièrement en .dedans du diamètre minimiun de la chambre de combustion après avoir effec tué un tour à peu après entier;
.ceci afin de réduire au minimum les perturbations du courant entrant par l'entrée 102. Le tirage de @la chambre de combustion et l'action mo- trke de l'air et du eombi-tstible injectés par l'entrée 102 font suivre aux courants com binés un chemin hélicoidal ascendant le long de la paroi cylindrique, après qu'ils ont ter miné leur tour initial ide la chambre.
Une alimentation -en air tertiaire de la chambre 28 se fait par la conduite d'air 89 à travers une dérivation 105, réglée par re gistre et une entrée d'air 106 formée dans la paroi cylindrique de la chambre 28 en un endroit situé au-dessus de l'entrée 102 et dé calé angulairement par rapport à. cette entrée 102.
L'entrée 106 est formée comme l'entrée 102 par des groupes espacés et chevauchants de coudes à 180 , 107 et 108 alignés, formés par le tube 31. Dans cette entrée pénètre un ajutage 109 venant en se rétrécissant depuis l'extrémité de l a conduite :de dérivation 105.
L'entrée 106 est plus étroite et moins longue que l'entrée 102 et se trouve disposée tangen tiellement aussi à l'extrémité extérieure d'une section 1104e la paroi cylindrique ayant une surface interne -de profil de développante si milaire à celui de la section de paroi 103 et représentée fig. 1.
L'amenée d'air tertiaire est décalée angulairement d'environ 120 par rapport à l'entrée 102 dans le sens de la'rota- tion des gaz .dans la chambre. Certaines por tions de tube de ala section 110 sont pliées pour former une ouverture d'inspection 111 dans la paroi .cylindrique.
Le fond concave circulaire de la chambre de combustible est en matière réfractaire sans tubes de refroidissement, sauf à da périphérie où se trouve un prolongement 112 .du serpen tin formé par le tube 31, allant en se Tétré- cissant vers, le bas,
garni @de matière réfrac- taire du côté intérieur. Cette construction du fond. aide de maintien d'une température du fond suffisamment élevée pour maintenir les cendres à l'état liquide. La sortie de cendres 63 .centrale et dirigée vers le bas est constituée par -un cône métallique 113 et conduit à un
cendrier fermé (non représenté). La sortie de cendres 63 peut être fermée ou ouverte par commande manuelle d'iui bouchon conique 114 monté au bout :d'un levier de commande 115 qui se pose sur un axe-support <B>116</B> lors que le bouchon est clans l'ouverture d'évacua tion des cendres.
Le serpentin formé par le tube 31 est con tinué à son extrémité -supérieure en spirale, de manière à constituer l'armature de la pa- roi frontale supérieure 59 et le rebord annu laire 60 qui se rétrécit vers le bas et forme -une sortie de gaz vers le haut 62. La section de tube constituant l'armature du rebord 60 est garnie sur les deux faces de matière ré fractaire.
Le rebord s'étend vers le bas sur une ,distance notable dans 1a chambre de com bustion, mais se termine à un niveau supé rieur :au sommet de la partie supérieure de l'entrée -d'air tertiaire 106. La poche annu laire 61 ouverte vers le bas, entre le rebord et la paroi .cylindrique de la chambre oblige les gaz à renverser leur mouvement dans le sens axial avant d'atteindre la sortie de fu mées 62.
La sortie 62 est prolongée vers le haut au- delà @du sommet de da ehambre par une par tie droite à refroidissement fluide 117 for mée ,par un serpentin de tubes nus 118.
L'extrémité supérieure (du serpentin. 118 est reliée à l'extrémité inférieure du serpentin formant :l'armature du rebord 60, comme l'in dique da fig. 11. Les extrémités inférieures du serpentin <B>118</B> et du prolongement 112 for ment les bouts opposés d'une section généra- trice de vapeur, l'eau étant amenée au fond et un mélange d'eau et de vapeur évacué par le sommet.
Ce circuit peut être relié à la cir culation d'un générateur de vapeur pour le quel le dispositif des fig. 11 à 13 forme une source de chaleur. Les gaz quittant la sortie sont évacués par -une chambre 27 disposée au-dessus de la sortie 62.
Le charbon pulvérisé peut être brûlé effi cacement dans la chambre de combustion 28 du dispositif des fig. 1.1.à 13 star une large échelle de débits et avec un important déga gement de.ehaleur avec un excès d'air relative ment faible et avec séparation d'im pourcen tage élevé des cendres contenues dans le coru- bustible, à l'état liquide,
dans la chambre de combustion.
Dans le ;dispositif des fig. 11 à 13, la tota lité ide l'air de combustion est amené à un réchauffeur d'air par un compresseur,d'air et se trouve chauffée à une température relati vement élevée. L'air réchauffé passe dans la.
chambre de combustion 28 en formant des - courants à grande vitesse d'air primaire et charbon pulvérisé, et. air secondaire et ter tiaire, da haute température donnée à l'air aiecélérant l'allumage et :la combustion du combustible, et la grande vitesse .et l'entrée tangentielle maintenant l'effet centrifuge dé siré.
La quantité totale d'air introduit est à peu ,près directement proportionnelle à la quantité totale de combustible, le rapport. combustible-air à maintenir étant tel que la quantité totale d'air utilisé ne dépasse .pas de plus de 20 a/o et de préférence de moins de 15 a/o même la quantité d'air théoriquement
requise pour la eombistion. Le rapport air- combustible peut varier d'une certaine quan tité, un .excès :d'air moindre étant préférable aux gros débits de combustible pour accroître la, température de la chambre de combustion et pour faciliter l'évacuation des cendres.
Environ 40 ola de l'air amené est utilisé comme air primaire mélangé au charbon pul vérisé déchargé par l'injecteur 97. Au dé- marrage, un brûleur auxiliaire à essence ou à gaz est inséré par l'une des ouvertures de la paroi de la chambre et après un court espace de temps,de fonctionnement, il allume le mé lange pénétrant dans la chambre.
Le courant de combustible en combustion remonte selon une trajectoire hélicoïdale le long de la :pa roi cylindrique de la chambre 28. Le fonc tionnement est Îe même que celui des dispasi- tifs deus fig. 1 à 10.
Dans le dispositif des fig. 11 à 13 où la sortie des gaz est en haut et la sortie des cendres au bas de la chambre de combustion et où l'entrée de L'air et du combustible se fait horizontalement en des courants tangentiels, 11 est important que les cendres s'écoulant le long des parois de la, chambre ou accumu lées au bas de la chambre ne troublent pas le courant entrant de combustible et d'air.
Pour cette raison, l'entrée 102 .est. placée à une dis tance suffisante au-dessus de la sortie des cendres de fanon à éviter que l'accumulation de cendres au bas de la chambre ne puisse atteindre le bord inférieur de cette entrée. Tout dépôt -de nendres dans l'entrée 102 aug menterait. la. perte de charge dans cette entrée est diminuerait en :conséquence le débit d'air.
De telles accumulations dans l'entrée 102 ou sur la paroi cylindrique tendraient aussi à perturber l'écoulement hélicoïdal du mélange air@eombustsble et empêcheraient l'établisse- ment du tourbillonnement désiré à grande vitesse.
Les courants d'air et .de combustible péné trant .dans la _ chambre 28 tangentiellement aux secteurs de paroi à profil de spirale s'étendant sur près de 360 , ont ainsi la possi bilité de se mélanger graduellement au tour- billons régnant .dans la chambre.
La forma tion d e gouttes :de cendres au sommet ou le long des ouverture, d'admission des entrées de courants se trouve ainsi réduite au mini mum.
La division de l'air de combustion en un courant d'air primaire et secondaire en trant avec le combustible et en un courant tertiaire entrant à un niveau nettement supé rieur à celui du premier courant, aide au maintien de l'évolution hélicoïdale des gaz et des particules suspendues, vers le haut de la chambre. 11 a été trouvé que la température dans la partie inférieure de la chambre ,de combustion 28 du dispositif des fis.
11 à 13 et la température .des cendres dans cette ré gion peut être accrue si on le désire, en vue d'augmenter la fluidité des cendres en rédui sant ou en coupant l'alimentation en air se condaire, de sorte que lia majorité ou la tota lité de l'air .de combustion est alors amenée à la chambre par ,les courants primaire et tertiaire.
Le dispositif 6 des fis. 14 et 15 comprend une chambre de :combustion 28 dont. la; paroi présente une enveloppe extérieure cylindri que, allongée et à axe vertical. Cette cham bre de combustion 28 dont la construction est analogue à celle -des chambres décrites précé demment, est de section horizontale à peu près circulaire et elle débouche dans une chambre de combustion secondaire subjacente 121.
Les côtés intérieurs des tubes 31 constituant l'ar mature des parois des chambres 28 et 121 sont garnis d'éléments métalliques 32 soudés, comme l'indique la fis.
15 et sont couverts d'une couche de matériau réfractaire 33 résis- tant aux températures kevées, tel du minerai plastique de chrome, tandis qu'une couche d'isolation thermique 36 est placée entre icha- que serpentin de circulation d'eau formé par les tubes 31 et l'enveloppe 99.
La surface interne de la paroi cylindrique de la chambre de combustion 28 est exécutée de fagon à se rapprocher le plus possible d'une surface cylindrique de révolution verticale parfaite sur toute sa hauteur, en vite d'éviter toute perturbation de la trajectoire hélicoï dale descendante du mélange;
combustible, air .et produits de la combustion à travers cette chambre.
La .paroi frontale supérieure 129 de la chambre de combustion 28 a une armature formée :par un serpentin 130 relié en série par son extrémité extérieure avec le serpen tin de la paroi cylindrique et relié par son autre extrémité à un espace de séparation de l'eau et ide la vapeur. Une ouverture centrale dans la paroi 129 est close par une porte d'accès 131 ayant un regard 132.
Le fond 59 de la chambre de combustion 28 est à refroi- dissement par fluide au moyen d'un serpentin 133 revêtu de matière réfractaire et présente une ouverture entourée d'in rebord 60 se ré- trécissant vers le haut et formé au moyen d'un serpentin dans lequel les côtés extérieur et intérieur des portions de tube sont munis de pièces appropriées et.
recouverts de matière réfractaire plastique comme décrit plus haut. Une poche annulaire 61 ouverte .du ,câté haut seulement est formée ainsi autour de la sortie de gaz 62 dirigée vers de bas et formée au moyen du rebord 60. L'extrémité extérieure du serpentin 133 est reliée en série avec l'ex trémité intérieure du ,serpentin formé :
par le tube 31, alors que l'extrémité supérieure du serpentin .du rebord est reliée à mie portion de tube nu 134 s'étendant vers ale bas le -long du côté intérieur .du rebord et relié à la sortie d'un serpentin de refroidissement. intermé diaire 135 disposé dans un réservoir d'eau extérieur 136.
Une paire intermédiaire de portions de tube du serpentin du rebord comprend des coudes à 180 espacés angulairement, de ma- niére â .définir entre èux une sortie .de cendres 63 légèrement au-dessus du niveau du fond de la poche et sur le côté du rebord éloigné de la sortie secondaire de gaz 137.
La sortie de cendres,est décalée angulairement par rap port à la fente d'entrée d'air et de combus tible (indiquée par la ligne 127) et située de préférence à environ 90 en arrière de cette fente. Les cendres recueillies à l'état fondu dans le bas d e la chambre s'écoulent par l'ou verture d'écoulement .des cendres 63 et tom bent dans la .chambre de combustion secon daire 121.
La ,chambre de .combustion secondaire 121 est jaussi de section sensiblement circulaire, mais sur un @de ses côtés s'ouvre la sortie rec- tangulaire d e gaz 137 vers un passage 138 tra versant le réservoir .d'eau 136 et entouré de l'eau de ce réservoir.
La chambre 121 a un i fond 139 à refroidissement par fluide par un serpentin plat 140 relié en série -par son extrémité extérieure au fond d'un serpentin 141 disposé ,dans la paroi cyl@drique de la chambre de combustion secondaire, son extré mité supérieure étant reliée à l'entrée du ser pentin 135. -Une pompe d'alimentation d'eau est .prévue pour alimenter en eau ;
l'autre bout du serpentin 140. Le matériau réfractaire qui revêt de serpentin 140 va en s'inclinant vers r le bas vers le côté sortie .de gaz de la chambre de combustion secondaire 121 et des portions adjacentes de tubes du serpentin 141 sont pliées de façon à former une ouverture d'éva cuation des cendres 143 au bas du fond ré fractaire de la chambre. L'extrémité infé
rieure de la sortie 137 se trouve au-dessus du niveau de d'ouverture 143 d'évacuation des cendres, et files parties des tubes du serpentin 141 s'étendant à travers la sortie de gaz sont .disposées de façon à former un écran 144 à travers @la sortie, par pliage de portions de tube horizontales adjacentes en groupes espa cés verticalement de portions :
de tubes ali- gnées horizontalement. Avec cette disposition, les particules de cendres en suspension dans les gaz ,sortants sont recueillies par l'écran tu bulaire. Les gaz :
chauds passent en 138 et sont évacués à travers aine conduite 145 qui eon- & ût â un ,point d'utilisation de la chaleur. Une sortie ide cendres 146 est placée dans le fond .de la conduite 145 pour l'évacuation des cendres entraînées, spécialement aux fortes charges de la chambre de combustion 28, dans le passage 138 depuis la chambre de combus tion secondaire 121.
Le mélange de charbon pulvérisé et d'air est introduit tangentielle ment ,dans la chambre 28 à son extrémité su périeure ide façon à créer un mouvement tour- billonnaire dans cette chambre.
De ,l'air secon daire est introduit tangentiellement par une fente longitudinale de la paroi de la chambre située aii-@dessous du niveau de .l'entrée du mélange id'air et de .charbon pulvérisé. Ces en trées d'air -et de combustible ne sont pas re- présentées. Le fonctionnement de la chambre 28 est le même que précédemment.
Les fig. 16 à 19 représentent une variante du ;dispositif .des fig. 1 à 8 dans laquelle la chambre d'introduction de combustible 1.50 débouchant dans la chambre de :combustion 28, qui .est @eonstraite de la même faon que celle .de la fig. 2, comprend une paroi 152 avec enveloppe de refroidissement 151.
La pa roi 152 entoure un espace conique 51 évasant vers d'intérieur de la .chambre 28 et dans le côté inférieur duquel s'ouvre un conduit 153 de charbon et d'air primaire se terminant en forme de spirale et introduisant le courant tangentiellement dans l'espace (conique. La section effective de passage du conduit 153 et, partant, la vitesse dit courait air-combustible,
est réglée par un registre à commande ma nuelle 154 disposé le long,du côté supérieur du conduit 153 et ayant la. forme indiquée par les fig.16 et 17.
Un mouvement radial et axial à la fois est communiqué au courant air-char- bon par la forme conique de la chambre d'in- troduetion 150 et le courant tourbillonnant se .dépilace axialement par rapport à la cham bre @de combustion le long d'un chemin héli- eoïdal au co tact de la paroi circulaire à gar niture <RTI
ID="0010.0158"> réfractaire de la chambre de combus tion 28, .laquelle présente une entrée d'air secondaire ;disposée comme l'entrée 50 de la chambre de @combustion 28 du .dispositif des fig. 1 à 8.
tue ichambre circulaire 156 d'air tertiaire est. disposée axialement à l'extrémité exté rieure de la chambre 150 et de l'air pré- ehauffé y est amené par une conduite 157 mu nie d'an registre de réglage :du courant d'air.
La conduite<B>157</B> est reliée latéralement à la chambre 156 et son extrémité adjacente à cette chambre comprend une partie de paroi dont la section transversale à d'axe de la chambre 28 est en forme de spirale, produisant ainsi un courant tourbillonnant 'air tertiaire di rigé axialement dans la chambre 150 par un diaphragme 150.
L'effet de succion qui en résulte permet l'installation et l'utilisation d'un regard 160 à l'-extrémité .extérieure de la chambre 156. A la mise en route, on peut insérer un brûleur à essence par le regard 160 ou par une ouverture séparée pour allu mer @le charbon au moment de son introduc tion.
Device for the combustion of pulverized coal. The present invention relates to a device for the combustion of pulverized coal, characterized by a cylindrical combustion chamber, the walls of which are seen at least in part by means of cooling by fluid covered with a refractory lining. and -in which a mixture of pulverized coal and air is introduced in such a way that in this chamber the mixture in combustion is driven by a vortex movement,
this mixture being introduced at one end of the chamber and the burnt gases leaving at the other end, the whole so that this swirling movement ensures the deposit of the ashes on the walls of the chamber and thus allows their evacuation in the liquid state.
This device could be, for example, the combustion device of a steam generator.
The drawing shows, by way of example, several embodiments of the .dispositif according to the invention.
Fig. 1 is a vertical sectional view of a boiler equipped with a first embodiment .du: device according to the invention.
Fig. 2 is a section, on a larger scale, of the combustion device of the boiler shown in FIG. 1.
Figs. 3, 4, 5 and 6 are sectional views respectively through III-III, IV-IV, V -V and VI-VI of FIG. 2. FIG. 7 is a sectional view through VII-VII of FIG. 2.
Fig. 8 is a sectional view, on a larger scale,. Of a part of the wall. Of the combustion chamber of the device of FIG. 2.
Fig. 9 is a view in: axial section of a second embodiment of the device according to the invention.
Fig. 10 Is a section mainly through X-X of FIG. 9 and partly by A -A of this figure.
Fig. 11 is an axial section of a third embodiment.
Figs. 12 and 13 are cross sections XII-XII and XIII-XIII respectively of FIG. 11.
Fig. 14, is an axial section of a fourth embodiment.
Fig. 15 shows a detail of the wall of the combustion chamber of the device of FIG. 14.
Fig. 16 is 1-me view in vertical section, on a large scale, of a part: of a variant of the first embodiment.
Fig. 17 is a section through XVI-XVI of fig. 16.
Figs. 18 and 19; are sections by XVII-XVII and XVIII-XVIII of fig. 17. Fig. 1 shows an elevator 1 receiving raw coal at its lower end and discharging it into a raw coal hopper 2.
The hopper is discharged through a pipe: 3 in Him .distributor 4 which supplies coal at the desired rate to a crusher 5 supplying the combustion device 6 shown in detail in FIGS. 2 to 8.
Preheated air for combustion is supplied by two fans 7, receiving air through a balanced inlet valve 8 and flowing through the tubes 9 into the air heater 10 with water and smoke heating. Part of the preheated air is sent through a pipe 11 to the upper end of the crusher to dry the coal during crushing.
A second branch air pipe 12 is connected to the crusher discharge pipe to provide a high speed discharge of the air / coal mixture through pipe 13 to the combustion device 6.
The boiler comprises a lower section, double-walled 14, constituting a secondary combustion space 15 cooled entirely by water, opening on one side towards the combustion chamber of the combustion device 6 and having an ash outlet 16. on the opposite side. The internal wall is lined with: metal spikes covered by a refractory layer 17. Groups spaced vertically .de tubes 18 forming.
ash screens, and refractory covering extend through this secondary combustion space, between opposite sides of the wall 14. The vapor produced in this wall and in the tubes is collected in the tank 19 which flows into a pipe. steam 20.
The upper section of the boiler is formed by a rectangular box, double wall 21 superimposed on the lower section and having its opposite sides connected by bundles of water tubes 22 and 23. The steam produced in these upper bundles is separated by vortex separators 24 and collected in a tank 25 to be discharged through the steam line 26.
A chimney is mounted above the upper section with a space between the section and the chimney, through which one can. observe the behavior of the fumes and .which allows the entry of cooling air.
The combustion device 6 comprises a cylindrical combustion chamber 28 of inclined axis into which axially opens a fuel inlet chamber, having the same axis as the combustion chamber 28.
The fuel inlet chamber is divided into an inner cylindrical discharge section 29 which opens into the combustion chamber 28 and an outer fuel inlet section 30 into which approximately half of the cylindrical wall has a spiral-shaped section, the remaining part keeping the same diameter as the discharge section. The fuel inlet chamber and the combustion chamber are surrounded and cooled by a water tube 31 wound in the form of a coil.
The portions of the tube 31 constituting the reinforcement of the circumferential walls and of the front walls of the combustion chamber 28 are brought together and provided on one side with metal spikes 32 (fig. 8) retaining a layer of refractory material 33, covering these portions. of the tube 31 and which may be a plastic substance based on chromium for example. This layer constitutes the water-cooled inner surface of the combustion chamber.
Non-lined portions of the tube 31 constitute the reinforcement of the cylindrical wall of the discharge section 29 of the fuel inlet chamber and are covered on their internal side by a polished metal plate 34 welded to them. Plate 34 is extended to also form the peripheral wall of the fuel inlet section 30.
The portions of the tube 31 of the cylindrical and front walls of the combustion chamber and of the cylindrical wall of the fuel inlet chamber are covered on their outer side by a metal plate of corresponding shape welded to these portions. tube, and 'this plate is coated with a layer of heat-resistant material 36.
As he is. shown in fig. 2, 3, 4 and 6, the fuel inlet section 30 has a circular end wall. fluid cooling 37, with a central opening 38 for the insertion of a gasoline or gas burner for ignition of the combustion chamber and which serves as an opening allowing both monitoring during operation.
The opening 38 is connected axially; ment a small chamber 39 closed at its outer end by the removable cover 40 in which a window is formed having the diameter of the opening 38. The glass which covers this window is kept relatively cold and the opening 38 is maintained clear by an air nozzle 41 connected to the preheated air supply by a branch pipe 42 controlled by a reffister and placed tangentially to the sector 43. (the pa king of chamber 38 modeled in the shape of a spiral,
as shown in fig. 7. A small swirling stream of high speed primary air is thus supplied to chamber 38, rotating in the same direction as the neck, withdrawing into the fuel inlet section 30. This swirling stream passing through the center. through the fuel inlet chamber makes it possible to avoid the presence of fine particles in the central part of this chamber and thus to reduce combustion in this chamber to a minimum.
This also aids the expansion of the primary air stream towards the cylindrical wall of the combustion chamber 28. This arrangement is particularly advantageous for a pressurized chamber, because when the cover 40 is open the stream of The air circulating in chamber 38 creates appreciable suction towards the combustion chamber preventing a return of flames or hot fumes to chamber 38.
The spiral shaped section portion of the plate 34 forming the wall of the fuel inlet wall 30 is extended to form a primary air and fuel inlet 44 disposed tangentially, as shown. fig. 3. The plate portions constituting the inlet 44 are arranged to form a nozzle 45 directed downwards, with the upper end connected to the outlet pipe 13 of the mill.
The mixed primary air stream of fuel entering inlet 44 will rotate counterclockwise into the inlet chamber as shown in fig. 3. An annular flange 46 causes a radial inward projection at the outer end of the outlet section 29 to provide a uniform distribution of the fuel stream in this cylindrical section in the circular direction. .
The speed of the primary combustible air stream in the inlet 44 is adjusted without changing the position of the stream relative to the. eireonferential wall by a manually controlled register 47. The fuel air flow passes in the form of a peripherally expanding vortex flow through the circular end of section 29 into combustion chamber 28.
The disclosed construction of the fuel inlet chamber, together with a toroidal conformation 48 of the adjacent end of the combustion chamber, removes build-up of coke and ash there.
The cylindrical wall portion of the combustion chamber 28 used for the entry of the secondary air comprises parallel portions of tubes, interrupted and re linked in series by overlapping groups 49 spaced and curved at 1.80.
This secondary air inlet 50 opens tangentially into the combustion chamber 28 via a longitudinal slot in the wall of this chamber arranged at one end of a part of this wall which has a spiral profile over 180, and which is arranged so as to form near the slit a strongly inclined portion so as to minimize the formation of ash aggregates in this area.
On the inner side, the edge of the slot is formed by longitudinal parts 51 of the water circulation tube lined with refractory materials on the inner side. Inside the secondary air inlet 50 is mounted the inner end of a conical nozzle 52 which opens at its outer end into a preheated air supply pipe 53.
With this arrangement, the secondary air stream enters the combustion chamber 28 at a point angularly displaced about 120 back from the point where the primary combustible air mixture enters the fuel key inlet section 30 and with the same direction of rotation as the primary air streams mixed with fuel and auxiliary air.
The effective cross section of the secondary air inlet and, therefore, the speed and flow rate of the secondary air, is adjustable without changing the position of the incoming stream relative to the cylindrical wall of the chamber. combustion, by means of a register 54 hinged at 55, so as to allow movement of the register relative to the outer side of the air nozzle 52,
by means of a register control comprising journals 56 at the outer end of the register engaged in lever slots 57 mounted on the shaft 58 which can be controlled by hand or mechanically.
The rear end of the combustion chamber 28 is provided with an outlet arranged so that the swirling stream of burnt gases going backward is forced to move inward and forward, hence a sudden change in axial direction before reaching the exit and without ceasing the vortex movement.
The posterior front wall 59 of the combo chamber has a central opening surrounded by a. circular rim 60 extending forwards and also having a frame formed from portions of the tube 31 coated with refractory material on both sides. The free edge of this flange is located behind the rear end of the secondary air inlet 50 and this flange is conical, narrowing towards the front.
The flange 60, the cylindrical wall of the combustion chamber and the rear wall thereof form between them an annular pocket 61 open at its front end which causes radial contraction, current, swirling flue gas and overturning. axial .of its movement before entering the outlet.
The burnt gas outlet 62 is of circular section and directs the flames towards the secondary combustion chamber 15 with its walls inclined by about 15 with respect to its axis. The relatively clean burnt gases pass through outlet 62 and enter the secondary combustion chamber which is significantly larger in volume than that of chamber 28.
The resulting reduced speed of the burnt gases facilitates the separation of any suspended ash particles.
The ash outlet 63 of the combustion chamber 28 is placed in the part of the rear front wall 59 adjacent to the bottom of the combustion chamber, slightly off the vertical plane passing through the axis of the chamber, in the direction of movement of gas rotation.
The ash outlet 63 is made, as shown in FIGS. 2, 5 and 7, by reversing the winding of the tube portions of the front wall 59 by means of pairs of adjacent 180 ° elbows and partly overlapping, and by tilting the tube parts adjacent to the bends in opposite directions without significantly changing the shape of the interior frontal surface of the chamber.
The pipe sections adjacent to the different 180 elbows are inclined by varying amounts so that the upper part of the ash opening is narrower than the lower part and the arrangement is such that the outlet is of a height. sufficient polish that the gases can pass through it above the normal level of ash,
but the gases which enter it must suddenly change direction. The arrow in fig. 7 indicates the direction of the gas flow relative to the ash outlet.
The separate ashes which flow along the walls of the chamber and along the bottom towards the ash outlet 63, have their movement facilitated by the slight inclination given to the combustion chamber. The ashes evacuated by the outlet 63 flow along the bottom of the secondary combustion chamber 15 and exit, with those coming from this chamber, through the outlet 16.
In the device described, the main air-fuel primary stream travels lengthwise through the combustion chamber with a high angular speed in a thin film or layer following a helical path in contact with the cylindrical wall of the chamber.
The high temperature maintained in the combustion chamber causes the fuel particles to pass rapidly through the stages of melting, agglutination, gasification and ignition and combustion of combustible gases and fixed carbon.
The primary primary air entering with the fuel stream forms only a relatively small part of the total combustion air supplied to the chamber, preferably not more than 25%, and the total amount of air supplied can be advantageously be limited to a small excess,
preferably less than 15% in excess relative to the theoretically required amount. A small excess of air is particularly advantageous for large flow rates and with ash coals at high melting temperatures.
Secondary combustion air is brought to the. combustion chamber under conditions such as to effect rapid combustion of almost all combustible constituents and the liberation of ash.
For this, the secondary air at high temperature is introduced into the combustion chamber at a linear speed approximately equal to that of the primary air-fuel stream in an axially elongated thin stream, directed tan gentially, so as to turn in the combustion chamber in the same direction as the primary air-fuel flow. Although the flattened secondary air stream is introduced over a substantial length portion of the combustion chamber, between the point.
inlet of the fuel and the outlet of the gases from the chamber, it is sufficiently spaced from the inlet of the primary air-coinbusable stream to allow almost complete combustion of the fine particles before the arrival in contact of the primary stream with the secondary air stream.
With the secondary air inlet described, there is progressive mixing of the secondary air stream with the primary air-fuel combustion stream, without modification of the helical path of the latter or separation of the primary air-fuel stream. of the cylindrical wall of the combustion chamber by a layer of secondary air.
With the described arrangement of fuel and air intake in the combustion chamber 28, the combustion of the fuel particles proceeds rapidly, at an increasing rate in the intake area of the secondary air stream. and the temperature in the combustion chamber is easily maintained well or above the ash melting temperature, despite a wide variation in operating conditions.
Under such combustion conditions, the ash content of the fuel is rapidly released and, due to the centrifugal effect, the walls of the combustion chamber and especially the cylindrical walls are covered with a film of molten ash which. adheres to the refractory internal surface of the walls and constitutes a sticky surface against which the heavier particles of fuel of the air-combustible stream collide and stick. The swirling current of <RTI
ID = "0005.0077">. Combustible fuel and gas seizes the particles thus stuck on the ash film and burns them. Thus, although most of the lighter fuel particles burn in suspension: in the eddy current, the ash covering the walls of the chamber intervenes to delay the passage of the heavier particles and to retain them in the combustion chamber until. 'that their combus tion is complete.
The ash film covering the inner surface of the. wall quickly attains an equilibrium thickness depending on the relative values of the melting temperatures of the ash, the ambient temperature maintained in the chamber, the temperature of the walls of the chamber and the speed of the gas flow in touch with. When excess ash settles on the walls, they flow to the bottom of the chamber by gravity and escape through the ash outlet.
The combustion chamber 28 of the device described is normally maintained under a pressure of the order of 100 to 400 mm of water, which facilitates the flow of gases and ash to their respective outlets.
The abrupt reversal of the direction of gas flow obtained by the flange 60 facilitates the separation of suspended ash particles and delays the exit of fuels from the combustion chamber.
The current reversal zone is arranged such that the incompletely burned particles are separated from the gas stream and stirred and captured by the gases as they move around the annular pocket surrounding the outlet.
These fuel particles remain, in the annular pocket either partially embedded in the ash film, or in motion around the pocket, until all the fuel is burned and <B> the </B> ash contents are released. .
The ashes released will either remain on the surface of the wall 1de the ladle, or flow all along the walls of the ladle to join the outlet and be evacuated.
The outlet 63 for the discharge of molten ash from the bottom of the combustion chamber is provided at a high temperature point at the gas outlet end towards which the ash tends to flow. The ash outlet is so arranged that the main gas stream is not affected.
The outlet 62 is of sufficient size to avoid too great a drop in pressure and 71a-secondary combustion chamber is of sufficient volume to significantly reduce the speed of the outgoing gases so as to allow the ash particles which remain in suspension. to
separate before the gases have reached the convection section of the boiler.
The device of FIGS. 9 and 10 comprises a cylindrical combustion chamber 28 inclined relative to the horizontal.
Its ballast construction is the same as that of the combustion chamber 28 of the device in fig. 1 to 8 and, it -is provided with a gas outlet formed by a flange 60 surrounding a central opening of its rear front wall and forming an annular pocket 61. Having for rale the reversal of the gas stream.
Secondary air is introduced along a section with a spiral profile of the cylindrical wall, by a long and narrow inlet 50 directed tangentially and regulated by a register 54. The primary combustible air stream is introduced by a nozzle 45 regulated by a register and an inlet 44 disposed tangentially to a spiral profile section of the cylindrical wall of the combustion chamber 28 adjacent to the anterior front wall of the chamber 28.
An inlet 38, supplied by the tangential nozzle 41 for the introduction of auxiliary primary air in a swirling current at high speed in the center of the chamber 28, is arranged in the front front wall of this chamber, while the ash outlet 63 is disposed at the bottom of the combustion chamber near the posterior wall of the chamber.
The operation of the device of FIGS. 9 and 10 is quite similar to that described above.
The device. combustion chamber 6 of fig. 11 to 13 comprises a cylindrical combustion chamber 28 with a vertical axis. It has a cylindrical casing 99 with a central gas outlet at the top and an ash outlet at the bottom. The combustion chamber 28 has walls comprising a frame formed by a single water tube 31.
or, a multitude of sections of tubes wound them enserpentine superimposed and connected in series, forming a single coil with certain parts bent, so as to spare the necessary diver openings of the chamber.
The detail of the construction of the wall is that of fig. 8, the inner sides of the sections of the tube 31 having metal ribs 32 and being covered with a refractory material 33 such as plastic chromium ore, whereby a layer of heat insulating material is arranged between them. streamers and wraps 99.
The interior surface of the refractory lining of the chamber 28 is as smooth and even as possible in order to avoid current disturbances.
of gas and particles suspended through the chamber, this being especially important because of the upward helical path followed by solid particles and gases along the cylindrical wall of the chamber.
The tube portions 31 are bent to form spaced and overlapped groups of aligned 180 elbows, 100 and 101, to form a narrow, vertically elongated entry 102 which. is directed tangentially to the outer end of a section 103 of the cylindrical wall,
the key internal surface which has a spiral profile extending nearly 360 before reaching the cylindrical surface of the combustion chamber. The lower edge of the inlet 102 is disposed at a sufficient distance above the ash outlet 63 of the combustion chamber to avoid excessive cooling of the ash in the bottom 104 of the chamber,
due to the inflow of air and good atomized tank. The nozzle 93 connected to .la: duct 89 and air and carbon injector, pulverized 97 enter the inlet 102, as shown in FIG. 12.
A large, but shallow stream of atomized fuel and thoroughly mixed primary air is tangentially discharged into chamber 28 at high velocity from injector 97 through inlet 102. This primary fuel air stream is complete. ment wrapped in a: preheated secondary air stream entering at high speed through nozzle 93.
The combined currents of air and fuel sweep at high speed the refractory internal surface of the cylindrical wall, the spiral profile of this wall portion causing the current to lie entirely within the minimum diameter of the chamber. combustion after having made a complete turn shortly thereafter;
This in order to minimize the disturbances of the current entering through the input 102. The draft of the combustion chamber and the motor action of the air and the fuel injected through the input 102 follow. with the combined currents an ascending helical path along the cylindrical wall, after they have completed their initial turn in the chamber.
A tertiary air supply to the chamber 28 is effected by the air duct 89 through a bypass 105, regulated by register and an air inlet 106 formed in the cylindrical wall of the chamber 28 at a location located at the center. above the entrance 102 and offset angularly with respect to. this entry 102.
The inlet 106 is formed like the inlet 102 by spaced and overlapping groups of aligned 180, 107 and 108 elbows formed by the tube 31. Into this inlet enters a nozzle 109 which tapers from the end of the tube. pipe: bypass 105.
The entry 106 is narrower and shorter than the entry 102 and is disposed tangentially also to the outer end of a section 1104e, the cylindrical wall having an inner surface of involute profile so similar to that of the wall section 103 and shown in fig. 1.
The tertiary air supply is angularly offset by about 120 from the inlet 102 in the direction of the rotation of the gases in the chamber. Some portions of the tube in section 110 are bent to form an inspection opening 111 in the cylindrical wall.
The circular concave bottom of the fuel chamber is made of a refractory material without cooling tubes, except at the periphery where there is an extension 112 of the serpen tin formed by the tube 31, tetreating towards the bottom,
lined with refractory material on the inside. This construction of the bottom. assists in maintaining a sufficiently high bottom temperature to maintain the ashes in a liquid state. The central and downwardly directed ash outlet 63 is formed by a metal cone 113 and leads to a
closed ashtray (not shown). The ash outlet 63 can be closed or opened by manual control of the conical plug 114 mounted at the end: of a control lever 115 which is placed on a support shaft <B> 116 </B> when the plug is in the ash evacuation opening.
The coil formed by the tube 31 is con tinued at its upper end in a spiral, so as to constitute the reinforcement of the upper frontal wall 59 and the annular rim 60 which tapers downwards and forms an outlet. upward gas 62. The tube section constituting the reinforcement of the flange 60 is lined on both sides with refractory material.
The ledge extends down a noticeable distance into the combustion chamber, but terminates at a higher level: at the top of the top of the tertiary air inlet 106. The annular pocket 61 open at the bottom, between the flange and the cylindrical wall of the chamber forces the gases to reverse their movement in the axial direction before reaching the smoke outlet 62.
The outlet 62 is extended upwards beyond the top of the chamber by a fluid-cooled straight portion 117 formed by a coil of bare tubes 118.
The upper end (of the coil. 118 is connected to the lower end of the coil forming: the frame of the flange 60, as shown in fig. 11. The lower ends of the coil <B> 118 </B> and extension 112 form the opposite ends of a steam generating section, with water supplied to the bottom and a mixture of water and steam discharged from the top.
This circuit can be connected to the circulation of a steam generator for which the device of FIGS. 11 to 13 form a heat source. The gases leaving the outlet are evacuated through a chamber 27 disposed above the outlet 62.
The pulverized coal can be burnt effi ciently in the combustion chamber 28 of the device of FIGS. 1.1. At 13 star a large scale of flow rates and with a significant release of heat with a relatively low excess air and with separation of a high percentage of the ashes contained in the fuel, in the liquid,
in the combustion chamber.
In the device of Figs. 11 to 13, all of the combustion air is fed to an air heater by an air compressor and is heated to a relatively high temperature. The heated air passes into the.
combustion chamber 28 by forming high-speed streams of primary air and pulverized coal, and. secondary and tertiary air, at high temperature given to the air accelerating the ignition and: combustion of the fuel, and the high speed. and the tangential entry maintaining the desired centrifugal effect.
The total amount of air introduced is roughly, directly proportional to the total amount of fuel, the ratio. fuel-air to be maintained being such that the total quantity of air used does not exceed more than 20 a / o and preferably less than 15 a / o even the theoretically quantity of air
required for the combistion. The air-fuel ratio can vary by a certain amount, with less excess air being preferable at large fuel flow rates to increase the temperature of the combustion chamber and to facilitate ash removal.
About 40 ola of the supplied air is used as the primary air mixed with the pulverized coal discharged by the injector 97. On start-up, an auxiliary gasoline or gas burner is inserted through one of the openings in the wall of the valve. chamber and after a short time of operation it turns on the mixture entering the chamber.
The stream of burning fuel rises in a helical path along the cylindrical wall of chamber 28. The operation is the same as that of the devices in fig. 1 to 10.
In the device of FIGS. 11 to 13 where the outlet of the gases is at the top and the outlet of the ash at the bottom of the combustion chamber and where the entry of the air and the fuel is done horizontally in tangential currents, it is important that the ashes s 'Flowing along the walls of the chamber or accumulated at the bottom of the chamber does not disturb the incoming flow of fuel and air.
For this reason, entry 102 is. placed at a sufficient distance above the dewlap ash outlet to prevent the accumulation of ash at the bottom of the chamber from reaching the lower edge of this inlet. Any ash deposit in entry 102 would increase. the. pressure drop in this inlet would decrease as a consequence the air flow.
Such accumulations in the inlet 102 or on the cylindrical wall would also tend to disrupt the helical flow of the air fuel mixture and prevent the establishment of the desired high speed swirl.
Air and fuel streams entering chamber 28 tangentially to the nearly 360-degree spiral profile wall sectors, thus have the opportunity to gradually mix with the vortex prevailing therein. bedroom.
The formation of drops: of ash at the top or along the openings, admission of the current inlets is thus reduced to a minimum.
The division of the combustion air into a stream of primary and secondary air entering with the fuel and into a tertiary stream entering at a level markedly higher than that of the first stream, helps to maintain the helical evolution of the gases. and suspended particles, towards the top of the chamber. It was found that the temperature in the lower part of the combustion chamber 28 of the device of the fis.
11 to 13 and the temperature of the ash in this region can be increased if desired, in order to increase the fluidity of the ash by reducing or cutting off the air supply to condense, so that the majority or all of the combustion air is then supplied to the chamber by the primary and tertiary streams.
Device 6 of the fis. 14 and 15 comprises a combustion chamber 28 of which. the; wall has an outer casing that is cylindrical, elongated and with a vertical axis. This combustion chamber 28, the construction of which is similar to that of the chambers described above, is of approximately circular horizontal section and it opens into a secondary secondary combustion chamber 121.
The inner sides of the tubes 31 constituting the ar mature of the walls of the chambers 28 and 121 are lined with welded metal elements 32, as indicated in the figure.
15 and are covered with a layer of refractory material 33 resistant to high temperatures, such as plastic chromium ore, while a layer of thermal insulation 36 is placed between each water circulation coil formed by the tubes 31 and the casing 99.
The internal surface of the cylindrical wall of the combustion chamber 28 is designed to come as close as possible to a cylindrical surface of perfect vertical revolution over its entire height, quickly avoiding any disturbance of the downward helical path. of the mixture;
fuel, air and combustion products pass through this chamber.
The upper front wall 129 of the combustion chamber 28 has a frame formed: by a coil 130 connected in series at its outer end with the clamp of the cylindrical wall and connected at its other end to a separation space of the. water and steam. A central opening in the wall 129 is closed by an access door 131 having a manhole 132.
The bottom 59 of the combustion chamber 28 is fluid cooled by means of a coil 133 coated with refractory material and has an opening surrounded by a rim 60 narrowing upwardly and formed by means of. a coil in which the outer and inner sides of the tube portions are provided with suitable parts and.
covered with plastic refractory material as described above. An annular pocket 61 open from the top side only is thus formed around the downwardly directed gas outlet 62 and formed by means of the flange 60. The outer end of the coil 133 is connected in series with the inner end. du, coil formed:
through tube 31, while the upper end of the rim coil is connected to a portion of bare tube 134 extending downwardly along the inner side of the rim and connected to the outlet of a coil. cooling. intermediate 135 placed in an external water tank 136.
An intermediate pair of rim coil tube portions includes angularly spaced 180 elbows, to provide an ash outlet 63 between them slightly above the level of the bottom of the ladle and to the side of the ladle. ledge remote from secondary gas outlet 137.
The ash outlet is angularly offset with respect to the air and fuel inlet slit (indicated by line 127) and preferably located about 90 behind this slit. The ash collected in the molten state in the bottom of the chamber flows through the ash outlet opening 63 and falls into the secondary combustion chamber 121.
The secondary combustion chamber 121 is also of substantially circular cross-section, but on one of its sides opens the rectangular gas outlet 137 to a passage 138 through the water tank 136 and surrounded by the gas. water from this reservoir.
The chamber 121 has a bottom 139 with fluid cooling by a flat coil 140 connected in series by its outer end at the bottom of a coil 141 disposed, in the cylindrical wall of the secondary combustion chamber, its end. upper being connected to the inlet of the service station 135. -A water supply pump is provided to supply water;
the other end of coil 140. The refractory material which coats coil 140 slants downward toward the gas outlet side of secondary combustion chamber 121 and adjacent portions of tubes of coil 141 are bent. so as to form an ash evacuation opening 143 at the bottom of the refractory bottom of the chamber. The inferior end
The top of the outlet 137 is above the level of the ash discharge opening 143, and parts of the tubes of the coil 141 extending through the gas outlet are arranged to form a screen 144 through @the outlet, by folding adjacent horizontal tube portions into vertically spaced groups of portions:
of tubes aligned horizontally. With this arrangement, the ash particles in suspension in the outgoing gases are collected by the tubular screen. Gas :
Heats pass 138 and are exhausted through duct 145 which is at a point of use of heat. An ash outlet 146 is placed in the bottom of the line 145 for the discharge of entrained ash, especially at high loads from the combustion chamber 28, into the passage 138 from the secondary combustion chamber 121.
The mixture of pulverized carbon and air is introduced tangentially into chamber 28 at its upper end so as to create a vortex movement in this chamber.
From this, the secondary air is introduced tangentially through a longitudinal slot in the wall of the chamber located below the level of the inlet of the mixture of air and pulverized coal. These air and fuel inputs are not shown. The operation of chamber 28 is the same as above.
Figs. 16 to 19 show a variant of the device. Of Figs. 1 to 8 in which the fuel introduction chamber 1.50 opening into the combustion chamber 28, which .est @eonstraite in the same way as that of FIG. 2, comprises a wall 152 with a cooling jacket 151.
The pa king 152 surrounds a conical space 51 flaring towards the interior of the chamber 28 and in the lower side of which opens a duct 153 of coal and primary air terminating in the form of a spiral and introducing the current tangentially into the chamber. the space (conical. The effective section of passage of the duct 153 and, therefore, the speed said ran air-fuel,
is regulated by a manually operated register 154 disposed along the upper side of the duct 153 and having the. shape shown in figs. 16 and 17.
Both radial and axial movement is imparted to the air-carbon stream by the conical shape of the inlet chamber 150 and the swirling stream moves axially with respect to the combustion chamber along it. 'a helical path in contact with the circular wall with garnish <RTI
ID = "0010.0158"> refractory of the combustion chamber 28, .laquelle has a secondary air inlet; arranged as the inlet 50 of the combustion chamber 28 of the device of fig. 1 to 8.
kills the circular chamber 156 of east tertiary air. disposed axially at the outer end of the chamber 150 and preheated air is supplied thereto by a pipe 157 provided with a regulating register: for the air stream.
The pipe <B> 157 </B> is laterally connected to the chamber 156 and its end adjacent to this chamber comprises a wall portion whose cross section to the axis of the chamber 28 is spiral-shaped, thus producing a eddy current of tertiary air di rigé axially in the chamber 150 by a diaphragm 150.
The resulting suction effect allows the installation and use of a manhole 160 at the outer end of the chamber 156. On start-up, a gasoline burner can be inserted through the manhole 160. or by a separate opening to ignite the charcoal when it is introduced.