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Générateur de vapeur de Benson.
@ Le procédé dit de Benson, pour la génération de vapeur de travail prête à servir, est basé sur ce que la pression et la température sont réglées dans tous les étages ou degrés du processus de génération, de manière qu'il ne se produise pas de séparation variable de vapeur et d'eau (ébullition).
Les fortes pressions ainsi produi- tes ne permettent pas d'employer des chaudières avec un
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grand espace d'eau. La chaudière se compose au contraire d'un-système de tubes chauffé, auquel l'eau est amenée sous pression. Cornac de très grandes quantités de cha- leur doivent être cédées au système tubulaire dans un temps très court, il en résulte pour le générateur de vapeur une construction différant des formes de chaudiè- res connues, et cette construction forme l'objet de la présente invention,
Le générateur est chauffé avec du poussier de charbon ou avec d'autres combustibles que l'on charge au moyen de tuyères, et l'air de combustion nécessaire est réchauffé avant d'être conduit à la flamme.
Durant la combustion il se produit, de par le réchauffage très in- tense, des températures jusqu'ici inaccoutumées, qui peuvent devenir dangereuses pour la maçonnerie et ce à deux points de vue, d'abord par ce que la maçonnerie tend à se dilater par l'effet de la chaleur, et ensuite en rai- son du risque d'une destruction de l'assemblage de blocs ou briques par la chaleur. Le premier risque est suppri- mé en établissant le foyer sous forme de cuve ou de puits libre, qui, à l'échauffement, peut se dilater librement en direction longitudinale. Le "travail" de la maçonne- rie n'est donc pas freiné par des charges additionnelles, comme on a exclusivement procédé jusqu'ici dans les chau- dières usuelles.
D'après l'invention, une disposition particulièrement avantageuse consiste à ne pas faire por- ter la voûte de fermeture par la cuve, mais à la suspen- dre à une construction spéciale indépendante de la cuve.
Suivant le cas particulier, il sera rationnel de suspen- dre la voûte comme un tout, ou de suspendre ses parties séparément .
Pour assurer également une possibilité de dila- tation radiale de la maçonnerie, les blocs eu pierres
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peuvent être pourvus sur le côté de la grande courbure de fentes radiales, de sorte qu'on s'assure une certaine élasticité par rapport à des sollicitations tangentielles.
Pour permettre un démontage facile des tubes, ces derniers sont suspendus, d'après l'invention, unique- ment à des supports qui sont insérés à travers les coudes des tubes. Les supports sont suspendus à une construction indépendante de la cuve et il suffit de les retirer pour pouvoir enlever de la chaudière les divers faisceaux de tubes séparés, sans détacher d'autres moyens de fixation.
La disposition offre en outre l'avantage que la libre di- latation des tubes n'est gênée par aucun moyen de fixa- tion.
On a déjà dit que la maçonnerie du foyer peut très facilement être endommagée dans sa structure par le fort dégagement de chaleur de la flamme. La présente in- vention supprime cet inconvénient du fait que tous les tubes du générateur de vapeur sont disposés dans l'espace de rayonnement et ce de manière qu'ils protègent dans une grande mesure la Maçonnerie contre l'action du rayonne- ment de chaleur. Tandis que jusqu'ici on a logé les tu- bes dans des niches de la maçonnerie, d'après la présente invention les tubes sont disposés devant la maçonnerie avec un espacement entre le tube et la maçonnerie.
Pour protéger le fond contre l'action du rayon- nement de la flamme et contre l'action des cendres chau- des, les tubes générateurs sont, vers le fond de la cuve, déportés vers l'intérieur de manière à former une espèce de grille à refroidissement d'eau. A l'encontre des grilles à grains refroidies par eau actuellement connues, les tubes de générateurs sont, d'après l'invention, uti- lisés aux-mêmes pour le refroidissement des cendres.
Jusqu'ici on a prévu dans ce but des systèmes tubulaires
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particuliers .
De l'air de combustion réchauffé est conduit au foyer. Le réchauffeur est réuni au point de vue cons- truction avec le générateur de vapeur. Pour éviter un rayonnement de chaleur inutile vers l'extérieur, le géné- rateur de vapeur est enveloppé d'une chemise à travers laquelle l'air de combustion est amené. Cette chemise ex- terne est relativement faible et sert à conduire les mas- ses dtair. Ces masses d'air baignent l'ensemble du gé- nérateur de vapeur de l'extérieur, absorbent la chaleur passant à travers .la paroi de réchauffage et forment de cette manière une enveloppe calorifuge effective. Le bon effet du nouveau dispositif d'échange thermique, qui sera décrit dans la suite, est basé sur la forme donnée aux surfaces léchées ou baignées, qui sont en forme de surfaces ondulées ou courbées en zigzag.
Le réchauffage à la température maxima se fait dans l'enveloppe proprement dite de la cuve, qui est construite en blocs profilés creux, à travers lesquels l'air passe. Cette construction permet un genre particu- lier de l'amenée d'air à l'espace de combustion, à savoir à travers des fentes d'air radiales prévues dans les blocs, fentes qui, ainsi qu'indiqué ci-dessus, servent en même temps de compensateurs de tension, et radiale- ment à travers les tubes de la chaudière. De cette ma- nière on assure non seulement un mélange intime de l'air avec le mélange combustible, mais aussi un non effet ré- frigérant qui protège dans une très grande mesure la ma- gonnerie.
Dans les dessins ci-joints, la fig. 1 est une coupe longitudinale du générateur de vapeur de l'inven- tion et la fig. 2 une coupe transversale suivant la li- gne a- a de la fig. 1, 1 désigne la cuve du foyer.
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Cette cuve est en pierres ou blocs profilés creux et est libre vers le haut.. Elle peut donc se dilater sans dif - ficultés en direction longitudinale. La voûte de ferme- ture 2 est suspendue par des barres 3 à Une construc- tion en fer 4, qui est édifiée indépendamment de la eu-* ve proprement dite. 5 désigne les tubes générateurs de vapeur qui, ainsi que le montre la coupe de la fig. 2, sont tous disposés dans l'espace de rayonnement. Les tu- bes surchauffeurs 7 se trouvent dans les carneaux 8 parcourus par les gaz de fumée.
Les tubes surchauffeurs permettent de se rendre compte du mode de suspension; Les paquets de tubes pendent à des supports 19 qui sont établis sur des supports transversaux ou traverses 20, Il suffit de retirer les supports des coudes pour pou- voir enlever les divers paquets de tubes. Ainsi que le montrent les deux figures, tous les tubes 5 se trouvent à une certaine distance de la maçonnerie proprement dite, qu'ils protègent presque complètement contre le rayonne- ment. A leur extrémité inférieure 16 ,des tubes géné- rateurs sont déportés vers l'intérieur et forment ainsj comme le montre distinctement la fig. 2, un genre de grille, les scories tombant à travers les interstices de cette grille.
L'air de combustion passe à travers le creux 9 entre la mince chemise externe 10 et l'espace de ré- chauffage proprement dit 11, en direction des flèches représentées. Le plan de la fig. 2 permet de se rendre compte qu'on a monté dans l'espace réchauffeur 11 des parois de tôle en zigzag. Un côté de cette tôle est baigné par les gaz de fumée, l'autre par l'air de combus- tion à réchauffer. Le gaz et l'air sont conduits à con- tre-courant l'un de l'autre. Le plan permet de se rendre compte qu'on peut loger de cette manière sur un espace
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relativement petit de très grandes surfaces d'échange thermique effectives.
Dans la section transversale du générateur de vapeur, les espaces parcourus par l'air sont indiqués par de petits traits, et les carneaux de gaz de fumée par des points. Au passage à travers le conduit 9, l'air enlève tout d'abord la chaleur passant à travers la paroi 16, tandis qu'il se charge dans le réchauffeur 11 aussi bien de chaleur de la paroi de tôle 14 que de chaleur de la maçonnerie 17. La paroi de tôle n'a pas besoin d'être étanche par rapport aux parois 16 et 17, ce qui représente un avantage considérable pour la construction, et a uniquement pour rôle d'empêcher un mélan- ge de gaz et d'air.
L'air passe de l'espace réchauffeur 11 à tra- vers les blocs de maçonnerie creux 1 et sort par des ouvertures radiales en direction des flèches représentées, pour passer radialement à travers les tubes de la chau- dière, et, par une tuyère de centrage 13, dans l'espace de combustion, -contre la flamme. La flamme reçoit donc de tous côtés de l'air de combustion, la maçonnerie étant conjointement refroidie. Les gaz de fumée passent par les espaces 8 le long des tubes surchauffeurs, parcou- rent l'espace réchauffeur 11 et passent par le rampant 12 à la cheminée.
On sait que dans les chaudières tubulaires un problème consiste à céder dans la mesure du possible toute la chaleur de rayonnement et la chaleur sensible du combustible, aux tubes, c'est-à-dire que, dans la me- sure du possible, la maçonnerie ne doit absorber aucune chaleur, maçonnerie qui, si cette condition est remplie, peut être presque complètement supprimée. La solution de ce problème a mené jusqu'ici à souder aux tubes des
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nervures cu ailettes qui se recouvrent mutuellement. On obtient de cette manière les tubes dits à nageoires,Mais dès tubes sont de fabrication coûteuse et de montage dif- ficile.
D'après la présente invention, les tubes de chaudière sont mis en contact avec une plaque conduisant bien la chaleur, plaque qui prend la chaleur de rayonne- ment et la chaleur sensible du foyer, pour autant qu'el- les n'ont pas déjà été absorbées par les tubes de chau- dière, et les cède aux tubes de chaudière par rayonne- ment et conduction.
Les fig. 3 et 4 représentent cette disposi- tion. 21 désigne les tubes dans lesquels passe l'agent à chauffer. Ces tubes 21 sont pressés contre une pla- que 22 qui prend une partie de la chaleur du foyer.
Comme les tubes 21 s'appliquent fermement contre la plaque 22 et que cette plaque est un bon oonduoteur de la chaleur, une partie de la chaleur reçue est cédée par conduction de la plaque 22 aux tubes 21. De plus, une partie de la chaleur reçue retourne de la plaque 22 aux tubes 21. Les tubes sont serrés contre la plaque au moyen de colliers ou d'éléments similaires.
La fig. 4 montre une pièce en forme de coin 24 qui se trouve entre la plaque 22 et le tube 21.
Cette pièce en coin offre, par rapport à l'application directe du tube sur la plaque, l'avantage qu'elle se dé- place vers le bas de par son propre poids, lors de la dilatation du système par absorption de chaleur, et as- sure ainsi de manière permanente une liaison de bonne conduction de chaleur entre la plaque 22 et le tube 21.
On a indiqué que la voûte de la cuve n'est pas portée par la cuve elle-même mais par une construction en fer indépendante de la cuve.En combinaison avec cet- te construction et grâce à l'ensemble de la construction
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du générateur de vapeur proprement dit, on obtient pour une installation de Benson une possibilité de disposi- tion particulièrement économique. La chaudière de Ben- son peut en effet être édifiée à l'air libre sans 'bâti- ment des chaudières,la construction portante affectant en même temps la forme de toit. L'isolement parfait du générateur de valeur par l'air conduit à travers la che- mise externe empêche parfaitement des pertes de chaleur; toutes les dispositions de service sont réunies dans le bâtiment des machines.
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-: REVENDICATIONS<-
1 Générateur de vapeur avec foyer à tuyères pour la génération de vapeur de Benson, caractérisé en oe que l'espace de foyer proprement dit est en forme de cuve libre, sans sollicitations, cuve qui peut se dila- ter,sous l'action de l'échauffement, librement dans sa direction longitudinale.
2 Générateur d'après 1 , caractérisé en ce que la voûte de fermeture supérieure est suspendue à une construction indépendante de l'espace de foyer .
3 Générateur d'après 1 ou 2 , caractérisé en ce que tous les faisceaux de tubes, ou une partie d' eux, sont tenus par des supports insérés dans les coudes des tubes.
4 Générateur d'après 1 à 3 , caractérisé en ce que tous les tubes servant à la génératicn de va- peur sont disposés dans l'espace de rayonnement, et ce de manière qu'ils protègent dans une grande mesure la ma- connerie contre l'action du rayonnement de la chaleur.
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Benson steam generator.
@ The so-called Benson process, for the generation of ready-to-use working steam, is based on the pressure and temperature being regulated in all stages or degrees of the generation process, so that it does not occur variable separation of steam and water (boiling).
The high pressures thus produced do not allow the use of boilers with a
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large water space. On the contrary, the boiler consists of a heated tube system, to which water is brought under pressure. Cornac very large quantities of heat must be transferred to the tubular system in a very short time, this results in a construction for the steam generator which differs from known forms of boilers, and this construction forms the subject of the present invention. invention,
The generator is heated with coal dust or with other fuels which are charged by means of nozzles, and the necessary combustion air is heated before being conducted to the flame.
During the combustion, due to the very intense heating, temperatures hitherto unusual, which can become dangerous for the masonry and this from two points of view, firstly because the masonry tends to expand. by the effect of heat, and then because of the risk of destruction of the assembly of blocks or bricks by heat. The first risk is eliminated by establishing the focus in the form of a free tank or well, which, on heating, can expand freely in the longitudinal direction. The "work" of the masonry is therefore not hampered by additional loads, as has been done so far exclusively in conventional boilers.
According to the invention, a particularly advantageous arrangement consists in not having the closing vault supported by the tank, but in suspending it from a special construction independent of the tank.
Depending on the particular case, it will be rational to suspend the vault as a whole, or to suspend its parts separately.
To also ensure the possibility of radial expansion of the masonry, the stone blocks
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can be provided on the side of the large curvature of radial slots, so that a certain elasticity is ensured with respect to tangential stresses.
In order to allow easy disassembly of the tubes, the latter are suspended, according to the invention, only from supports which are inserted through the bends of the tubes. The supports are suspended from a construction independent of the vessel and it is sufficient to remove them in order to be able to remove the various bundles of separate tubes from the boiler, without detaching other means of fixing.
The arrangement further offers the advantage that the free expansion of the tubes is not hampered by any fastening means.
It has already been said that the masonry of the fireplace can very easily be damaged in its structure by the strong release of heat from the flame. The present invention overcomes this drawback by the fact that all the tubes of the steam generator are arranged in the radiating space and this in such a way that they protect the masonry to a great extent against the action of the heat radiation. . While hitherto the tubes have been housed in niches in the masonry, according to the present invention the tubes are disposed in front of the masonry with a spacing between the tube and the masonry.
To protect the bottom against the action of the radiation of the flame and against the action of hot ashes, the generator tubes are, towards the bottom of the tank, deported towards the inside so as to form a kind of water-cooled grid. Unlike currently known water-cooled grain screens, the generator tubes are, according to the invention, used on their own for cooling the ash.
Until now, tubular systems have been provided for this purpose.
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individuals.
Heated combustion air is led to the fireplace. The heater is constructed in conjunction with the steam generator. To avoid unnecessary heat radiation to the outside, the steam generator is shrouded in a jacket through which combustion air is supplied. This outer jacket is relatively weak and serves to conduct the air masses. These air masses bathe the entire steam generator from the outside, absorb heat passing through the heating wall and thereby form an effective heat-insulating envelope. The good effect of the new heat exchange device, which will be described later, is based on the shape given to the licked or bathed surfaces, which are in the form of wavy or zigzag curved surfaces.
Reheating to the maximum temperature takes place in the actual casing of the tank, which is constructed of hollow profiled blocks, through which the air passes. This construction allows a special kind of supply of air to the combustion space, namely through radial air slits provided in the blocks, slits which, as indicated above, serve in particular. same time from voltage compensators, and radially through the boiler tubes. In this way, not only an intimate mixing of the air with the combustible mixture is ensured, but also a non-refrigerating effect which protects the brickwork to a very great extent.
In the accompanying drawings, fig. 1 is a longitudinal section of the steam generator of the invention and FIG. 2 a transverse section along the line a- a of FIG. 1, 1 designates the bowl of the fireplace.
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This tank is made of stone or hollow profiled blocks and is free upwards. It can therefore expand without difficulty in the longitudinal direction. The closing vault 2 is suspended by bars 3 from an iron structure 4, which is built independently of the river itself. 5 denotes the steam generator tubes which, as shown in the section of FIG. 2, are all arranged in the radiation space. The superheater tubes 7 are located in the flues 8 through which the flue gases pass.
The superheating tubes make it possible to realize the mode of suspension; The bundles of tubes hang from brackets 19 which are established on transverse brackets or crossbars 20. It is sufficient to remove the brackets from the elbows to be able to remove the various bundles of tubes. As shown in the two figures, all the tubes 5 are at a certain distance from the actual masonry, which they almost completely protect against radiation. At their lower end 16, generator tubes are offset inwards and thus form, as clearly shown in FIG. 2, a kind of grid, the slag falling through the interstices of this grid.
The combustion air passes through the recess 9 between the thin outer jacket 10 and the actual heating space 11, in the direction of the arrows shown. The plan of FIG. 2 makes it possible to realize that zigzag sheet metal walls have been mounted in the heater space 11. One side of this sheet is bathed in flue gases, the other by the combustion air to be heated. Gas and air are conducted against each other. The plan makes it possible to realize that one can accommodate in this way on a space
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relatively small very large effective heat exchange surfaces.
In the cross section of the steam generator, the air spaces are indicated by small lines, and the flue gases by dots. When passing through the duct 9, the air first removes the heat passing through the wall 16, while it takes in the heater 11 both heat from the sheet metal wall 14 and heat from the masonry 17. The sheet metal wall does not need to be watertight with respect to the walls 16 and 17, which is a considerable advantage for the construction, and has only the function of preventing a mixture of gas and gas. 'air.
The air passes from the heater space 11 through the hollow masonry blocks 1 and leaves through radial openings in the direction of the arrows shown, to pass radially through the tubes of the boiler, and, through a nozzle. centering 13, in the combustion space, against the flame. The flame therefore receives combustion air from all sides, the masonry being jointly cooled. The flue gases pass through the spaces 8 along the superheater tubes, travel through the heater space 11 and pass through the ramp 12 to the chimney.
We know that in tubular boilers a problem consists in transferring as far as possible all the radiant heat and the sensible heat of the fuel to the tubes, that is to say that, as far as possible, the masonry must not absorb any heat, masonry which, if this condition is met, can be almost completely removed. The solution of this problem has so far led to the welding of
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ribs cu fins which overlap each other. So-called fin tubes are obtained in this way, but these tubes are expensive to manufacture and difficult to assemble.
According to the present invention, the boiler tubes are brought into contact with a plate which conducts heat well, which plate takes the radiant heat and the sensible heat of the hearth, provided that they do not have already absorbed by the boiler tubes, and yields them to the boiler tubes by radiation and conduction.
Figs. 3 and 4 represent this arrangement. 21 designates the tubes through which the agent to be heated passes. These tubes 21 are pressed against a plate 22 which takes some of the heat from the fireplace.
As the tubes 21 press firmly against the plate 22 and this plate is a good heat convector, part of the heat received is transferred by conduction from the plate 22 to the tubes 21. In addition, part of the heat received returns from the plate 22 to the tubes 21. The tubes are clamped against the plate by means of clamps or the like.
Fig. 4 shows a wedge-shaped piece 24 which sits between plate 22 and tube 21.
This corner piece offers, compared to the direct application of the tube on the plate, the advantage that it moves downwards by its own weight, during the expansion of the system by heat absorption, and thus permanently ensures a good heat conduction connection between the plate 22 and the tube 21.
It has been pointed out that the vault of the tank is not carried by the tank itself but by an iron construction independent of the tank. In combination with this construction and thanks to the whole construction
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of the steam generator itself, a particularly economical arrangement is obtained for a Benson plant. The Benson boiler can in fact be erected in the open air without building the boilers, the load-bearing construction at the same time affecting the shape of the roof. The perfect insulation of the value generator by the air ducted through the outer jacket perfectly prevents heat loss; all the service provisions are in the machine building.
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-: CLAIMS <-
1 Steam generator with nozzle furnace for the generation of Benson steam, characterized in that the actual furnace space is in the form of a free tank, without stress, tank which can expand, under the action of heating, freely in its longitudinal direction.
2 Generator according to 1, characterized in that the upper closing vault is suspended from a construction independent of the hearth space.
3 Generator according to 1 or 2, characterized in that all the bundles of tubes, or part of them, are held by supports inserted in the elbows of the tubes.
4 Generator according to 1 to 3, characterized in that all the tubes used for the steam generati- on are arranged in the radiation space, and this in such a way that they protect to a large extent the masonry against the action of heat radiation.
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