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Dispositif pour la. combustion aussi xomplète que possible des gaz de foyer dans les chaudières à tubes d'eau.
Dans les foyers de chaudières à vapeur dans les- quels la chambre du foyer n'a pas des dimensions suffisam- ment grandes ou dans lesquels on passe du fonctionnement avec du charbon maigre au fonctionnement avec du charbon riche en gaz, on observe que des gaz de distillation non brûles pénètrent, dans les faisceaux tubulaires du'premier carneau et s'y éteignent sans brûler complètement.
Il arri- ve fréquemment que seules les extrémités des flammes pénè- trent fortement dans ces faisceaux tubulaires, de sorte que, par suite de la température peu élevée régnant en cet endroit rayonnement de froid par les tubes), les flam-
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mes dont l'inflammation exige une température d'environ 600 à
900 s'éteignent prématurément, tandis que les gaz de chemi- née présentent souvent aussi, avec une teneur passablement minime en CO2,un très grand pourcentage de gaz non brûles qui consistent principalement en hydrocarbures lourds et lé- gers, en vapeurs de goudron ainsi qu'en hydrogène. Ceci est le plus souvent perceptible de l'extérieur par la fumée plus ou moins intense sortant des cheminées.
Pour remédier efficacement à cet inconvénient, il serait nécessaire d'agrandir dans la mesure voulue la chambre du foyer et de la transformer pour qu'il ne parvienne entre les tubes que des gaz complètement brûles. Comme cette solu- tion n'est toutefois que difficilement réalisable en pratique dans les installations de chaudière existantes, on se servi- ra dans le même but de la présente invention. Celle-ci consis- te essentiellement en ce que le premier carneau du premier faisceau tubulaire est subidivisé par des pièces en matière réfractaire de fagon qu'il se forme un certain nombre de ca- naux relativement étroits qui sont parcourus par les gaz du foyer.
Du fait que ces canaux sont fermes en partie par une matière réfractaire incandescente, les constituants vola- tils non encore brûles brûlent au contact des surfaces in- candescentes et en outre, par suite de l'écoulement plus ra- pide des gaz provoqué par la réduction de la section transver- sale, il se produit un refroidissement plus faible de ces gaz.
De ce fait, les gaz du foyer arrivent aussi plus chauds au surchauffeur et produisent également une augmenta- tion de la surchauffe de la vapeur, ce qui est souvent très désirable, en particulier dans les anciennes chaudières qui ne possèdent aucun réglage de la surchauffe.
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Les pièces réfractaires sont avantageusement pla- cées sous la forme d'un cloisonnage ou de parois en une ma- tière relativement peu solide, par exemple des briques ou des pièces moulées, et elles sont disposées dans le sens de l'écoulement des gaz. Ces pièces moulées ne doivent pas être plates ni lisses mais sont avantageusement nervurées ou ondulées longitudinalement afin d'obtenir une surface aussi grande que possible.
D'autre part, elles peuvent, moyennant un décalage approprié, faire dévier les courants gazeux une ou plusieurs fois de leur direction rectiligne pour provoquer un mélange plus complet des gaz, car il est souvent important que, grâce à ce tourbillonnement ainsi qu'à la fine subdivision des gaz dans le premier carneau par suite de Inexistence de ces pièces moulées, pratiquement tout le gaz vienne en contact avec les cloisons incandescen- tes pendant qu'il traverse ce premier carneau. Pour des appli- cations normales, on employera par exemple des cloisons plei- nes ou interrompues d'environ 30 à 50 mm. d'épaisseur, qui sont distantes d'environ 100 à 300 mm. les unes des autres.
Dans le cas où il est nécessaire, pour l'emploi de lignite ou d'autres combustibles de qualité inférieure, de produire un rayonnement de la voûte pour favoriser la combus- tion ou pour obtenir une meilleure inflammation des gaz, on fait dépasser ces cloisons au delà des tubes vers la chambre du foyer, de préférence en formant, immédiatement en avant des tubes, un certain nombre de voûtes très courtes dont les prolongements dans le premier carneau forment les pièces xou- lées citées plus haut.
Ces pièces moulées peuvent être construites de maniè- re à dépasser les tubes d'eau de l'autre cote vers le surchauf-
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feur. On peut se représenter aussi une forme de réalisa- tion de l'invention suivant laquelle une partie de la sur- face de chauffe du premier carneau serait recouverte de coquilles en matière réfractaire.
Dans toutes ces dispositions, la surface de chauffe de la chaudière sera en réalité légèrement réduite. Cette réduction sera toutefois largement compensée par le fait qu'on réalise une combustion parfaite et en outre une meilleu- re surchauffe,qui, de son cote, sera utilisable indirectement.
Les gaz sortants, portés à plus haute température, seront de leur côté refroidis plus fortement dans l'économiseur, de sorte que des avantages sensibles seront toujours réalisés.
Cette nouvelle disposition peut également être em- ployée pour le réglage de la surchauffe en variant la section réservée aux gaz dans le premier faisceau de tubes. On peut aussi construire sans garnitures réfractaires une partie du faisceau qui peut être fermée totalement ou partiellement par un clapet ou un organe équivalent, et munir l'autre partie de garnitures réfractaires. En cas de charge faible, on réduit la section- afin d'obtenir une surchauffe plus élevée et on l'augmente pour les fortes charges.
Le dessin annexé représente schématiquement un exem- ple de réalisation de la disposition suivant la présente in- vention.
On a désigné par 2 lw premier faisceau tubulaire d'une chaudière à tubes d'eau fortement inclinés, par 4 le corps cylindrique supérieur, par'6 le corps cylindrique infé- rieur, par 8 la chambre du foyer et par 10 la chambre du sur- chauffeur. 12 désigne une paroi basculante qui peut 'être appli- quée tout contre le faisceau tubulaire 2 ou bien écartée de celui-ci en la soulevant. Dans le premier cas, tous les gaz du
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foyer doivent s'écouler à travers la partie supérieure du faisceau. tubulaires 2 pour passer dans la chambre 10 du surchauffeur tandis que, lorsque la. paroi 12 est soulevée, les gazdu foyer s'écoulent transversalement à travers tout le faisceau tubulaires plus ou moins uniformément pour gagner la chambre 10 du surchauffeur.
La partie supérieure du faisceau tubulaire 2 porte des garnitures réfractaires 14 qui ont la forme de croisons minces mais peuvent toutefois être interrompues à volonté .
Les gaz du foyer sont par conséquent forcés de s'écouler principalement dans la direction de ces cloisons, Lorsque la paroi 12 est appliquée contre le faisceau tubulaire 2, les gaz passent très rapidement le long des garnitures réfractai- res 14 et restent aussi assez chauds. Ceci est avantageux pour les charges assez faibles. En cas de fortes charges, on soulève la paroi 12 et les gaz de l'avant du foyer, qui brûlent avec l'excès dtair le plus faible, s'échappent à travers les garnitures réfractaires 14 tandis que les gaz contenant beaucoup d'oxygène, venant de l'extrémité de la grille, traversent la partie inférieure du faisceau tubulai- re 2 et parviennent, en longeant la paroi 12, dans la cham- bre du surchauffeur.
Par suite de la section transversale fortement accrue, les gaz s'écoulent notablement plus lente- ment, de sorte que ceux qui passent le long des garnitures 14 peuvent brûler parfaitement et que ceux qui s'écoulent par le bas sont refroidis fortement. Le plus souvent, une installation non réglable suffit toutefois. Suivant la sur- chauffe existant, on choisit une vitesse plus ou moins grande pour les gaz dans la partie oh les garnitures réfrac- taires sont placées dans les tubes.
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On a indiqué en 16 et en 18 comment on peut faire dépasser les garnitures ré frètes aire s aussi bien dans la direction de la chambre du foyer que dans la chambre du furchauffeur.
Dans le cas de chaudières à tubes obliques, la nouvelle disposition peut s'appliquer de manière analogue.
REVENDICATIONS
1.- Dispositif applicable aux chaudières à tubes d'eau en vue d'obtenir d'une part une combustion aussi com- plète que possible des gaz de foyer, en particulier dans le cas d'une petite chambre de foyer, et d'autre part une tempé- rature élevée des gaz de chauffage dans le surchauffeur, ca- ractérisé en ce que, dans le premier faisceau de tubes d'eau, des pièces en matière réfractaire sont disposées de façon à offrir aux gaz qui passent une surface surchauffée en vue de produire une combustion plus parfaite, et à diminuer en marne temps la surface de chauffe spécifique des tubes d'eau, rapportée à une longueur de tube donnée.
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Device for the. combustion as complete as possible of the combustion gases in water tube boilers.
In the hearths of steam boilers in which the hearth chamber does not have sufficiently large dimensions or in which one passes from the operation with lean coal to the operation with gas rich in gas, one observes that gases unburned stills enter the tube bundles of the first flue and extinguish there without burning completely.
It frequently happens that only the ends of the flames penetrate strongly into these tube bundles, so that, owing to the low temperature prevailing in this place, radiation of cold by the tubes), the flames
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mes whose ignition requires a temperature of about 600 to
900 extinguish prematurely, while flue gases often also have, with a fairly minimal CO2 content, a very large percentage of unburned gases which consist mainly of heavy and light hydrocarbons, tar vapors as well. than in hydrogen. This is most often noticeable from the outside by the more or less intense smoke coming out of the chimneys.
To effectively remedy this drawback, it would be necessary to enlarge the chamber of the hearth to the desired extent and to transform it so that only completely burnt gases arrive between the tubes. As this solution is, however, only difficult to achieve in practice in existing boiler installations, the present invention will be used for the same purpose. This essentially consists in that the first flue of the first tube bundle is subdivided by pieces of refractory material so that a number of relatively narrow channels are formed which are traversed by the gases from the hearth.
Because these channels are closed in part by an incandescent refractory material, the volatile constituents not yet burned burn on contact with the incandescent surfaces and furthermore, as a result of the more rapid flow of gases caused by the combustion. reduction of the cross section, there is less cooling of these gases.
As a result, the furnace gases also arrive hotter to the superheater and also produce an increase in the superheat of the steam, which is often very desirable, particularly in older boilers which have no superheat controls.
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The refractory parts are advantageously placed in the form of a partition or walls of a relatively weak material, for example bricks or castings, and they are arranged in the direction of the gas flow. These molded parts need not be flat or smooth but are advantageously ribbed or wavy longitudinally in order to obtain as large a surface as possible.
On the other hand, they can, with an appropriate offset, deflect the gas streams one or more times from their rectilinear direction to cause a more complete mixing of the gases, since it is often important that, thanks to this swirling as well as to the fine subdivision of gases in the first flue as a result of the non-existence of these castings, virtually all of the gas comes into contact with the glowing partitions as it passes through this first flue. For normal applications, for example solid or interrupted partitions of about 30 to 50 mm will be used. thick, which are about 100 to 300 mm apart. each other.
In the event that it is necessary, for the use of lignite or other inferior fuels, to produce radiation from the vault to promote combustion or to obtain better ignition of the gases, these partitions are made to protrude. beyond the tubes towards the hearth chamber, preferably by forming, immediately in front of the tubes, a certain number of very short vaults, the extensions of which in the first flue form the extended parts mentioned above.
These castings can be constructed to protrude the water tubes on the other side towards the superheat.
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feur. One can also imagine an embodiment of the invention according to which a part of the heating surface of the first flue is covered with shells of refractory material.
In all these arrangements, the heating surface of the boiler will in reality be slightly reduced. This reduction will however be largely compensated by the fact that perfect combustion is achieved and, moreover, better superheating, which, in turn, can be used indirectly.
The outgoing gases, brought to a higher temperature, will for their part be cooled more strongly in the economizer, so that appreciable advantages will always be realized.
This new arrangement can also be used for controlling the superheating by varying the section reserved for the gases in the first bundle of tubes. It is also possible to construct without refractory linings a part of the bundle which can be closed completely or partially by a valve or an equivalent member, and provide the other part with refractory linings. In the event of a low load, the cross-section is reduced in order to obtain a higher superheating and it is increased for high loads.
The accompanying drawing schematically shows an exemplary embodiment of the arrangement according to the present invention.
2 The first tube bundle of a steeply inclined water tube boiler, 4 the upper cylindrical body, 6 the lower cylindrical body, 8 the firebox and 10 the firebox are designated. over-driver. 12 designates a tilting wall which can be pressed against the tube bundle 2 or else moved away from it by lifting it. In the first case, all the gases in the
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focus should flow through the top of the beam. tubulars 2 to pass into the chamber 10 of the superheater while, when the. wall 12 is raised, the gasesdu hearth flow transversely through the entire tube bundle more or less uniformly to gain the chamber 10 of the superheater.
The upper part of the tube bundle 2 carries refractory linings 14 which have the shape of thin crosses but can however be interrupted at will.
The gases from the hearth are therefore forced to flow mainly in the direction of these partitions. When the wall 12 is pressed against the tube bundle 2, the gases pass very quickly along the refractory linings 14 and also remain quite hot. . This is advantageous for relatively low loads. In case of heavy loads, the wall 12 is raised and the gases from the front of the fireplace, which burn with the smallest excess air, escape through the refractory linings 14 while the gases containing a lot of oxygen , coming from the end of the grid, pass through the lower part of the tube bundle 2 and arrive, along the wall 12, in the chamber of the superheater.
As a result of the greatly increased cross-section, the gases flow notably slower, so that those which pass along the linings 14 can burn perfectly and those which flow from below are cooled considerably. In most cases, however, a non-adjustable installation is sufficient. Depending on the existing overheating, a greater or lesser speed is chosen for the gases in the part where the refractory linings are placed in the tubes.
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It has been indicated in 16 and in 18 how one can make the re-frets air linings protrude both in the direction of the hearth chamber and in the heating chamber.
In the case of slant-tube boilers, the new provision can apply in a similar way.
CLAIMS
1.- Device applicable to water-tube boilers in order to obtain, on the one hand, as complete combustion as possible of the combustion gases, in particular in the case of a small firebox, and of on the other hand a high temperature of the heating gases in the superheater, characterized in that, in the first bundle of water tubes, pieces of refractory material are arranged so as to provide the passing gases with a superheated surface in order to produce a more perfect combustion, and to reduce over time the specific heating surface of the water tubes, relative to a given length of tube.