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PERFECTIONNEMENTS AUX PAROIS D'EAU ET AUX CHAUDIERES A PAROI D'EAU.
Cette invention a trait aux parois d*eau et aux chaudières à paroi d'eau du genre de celles quelque- fois employées pour constituer une ou plusieurs des pa rois ou écrans d'une chambre de chauffage, et plus par- ticulièrement au type de paroi d'eau employant des con- duits à eau relativement petits et assurant une circula- tion positive*
Les chambrer de chauffage des fours ou foyers de tous types, tant de combustion qu'électriques, pré- sentent la difficulté très sérieuse de l'isolement ou de
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la protection contre la chaleur, étant donné que les tem- pératures des gaz développés dans la chambre de chauffage et aussi la chaleur rayonnante des gaz ou solides incan- descents atteignent fréquemment une valeur extrêmement élevée, supérieure à 16500 C. dans beaucoup de cas.
Les parois des fours sont usuellement faites de matières ré- fractaires telles que la brique réfractaire, matières qui sont en général relativement mauvaises conductrices de la. chaleur. Il en résulte que la température de leur sur- face et de leur paroi est excessivement élevée pendant le fonctionnement en raison de la conduction, de la convec tion et du rayonnement et peut, dans beaucoup de cas, être très voisine de la température maximum du gaz dans le four ou même dépasser cette température lorsque la chaleur rayonnante est très grande. Pour protéger les parois, on a déjà proposé d'intercaler une surface considérable re- froidie par de l'eau soit à l'avant des parois,soit en partie oyée dans ces parois.
Ceci forme la "paroi d'eau* dont le rôle est d'absorber une quantité suffisante de chaleur pour empêcher de détériorer sérieusement les murs ou parois du four ou foyer et, dans le cas de parois d'eau et de chaudières combinées* le rendement total peut être augmenté dans une très grande mesure et la chaleur perdue par le rayonnement des parois du four peut être largement utilisée pour la production de vapeur.
Le prin- cipe fondamental du moyen consistant à prévoir une paroi refroidie par de l'eau est qu'on intercepte plus ou moins complètement la chaleur du four et qu'on protège les parois, et ce principe reste le marne, que l'eau qui se trouve dans les conduits soit simplement chauffée, ou qu'une partie ou la totalité de l'eau soit transformée en vapeur; cependant,
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dans la pratique, l'emploi d'une paroi d'eau comme chau" dière présente de nombreuses difficultés que ne présente pas la paroi d'eau directe.
Les parois d'eau jouant uniquement le rôle, de protéger les parois de la chambre de chauffage sont évidemment nécessaires en premier lieu dans lea chambres de chauffage dans lesquelles la chaleur développée et en particulier la chaleur rayonnante, est très élevée* Toutefois, lorsque la paroi d'eau est employée pour engendrer de la vapeur, c'est-à-dire est une chaudière à paroi d'eau le rendement total de l'instal- lation augmente, que les parois de la chambre de chauffage exigent ou non d'être protégées.
Ainsi, il peut être dési rable de disposer une chaudière à paroi d'eau dans une chambre de chauffage dans laquelle les températures et quantités de chaleur ne sont pas suffisantes pour détério rer les parois, et l'on remarquera que la présente inven- tion, en tant qu'elle concerne les chaudières à paroi d'eau. n'est en aucune façon limitée aux applications où il règne dans la chambre de chauffage des températures très élevées.
Bans les parois d'eau comme dans les chaudières à paroi d*eau qui avaient été proposées jusqu*à ce jour et qui, en général, sont constituées par des tubes d'eau noyés dans les parois du foyer ou disposés à l'avant des dites parois, il n'avait pas été prévu de moyens pour assurer une circulation mécanique positive et l'on s'en reposait jusqu'ici sur la circulation de convection due au chauffage de l'eau* Le résultat a été relativement non satisfaisant dans beaucoup de cas parce qu'il était très
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difficile de produire une circulation effective dans les structures ayant été employées jusqu'ici.
Le but de la présente invention est de perfec- tionner les parois d'eau et Ies chaudières à paroi d'eau soit par elles-mêmes, soit en combinaison avec divers types de chaudières, surchauffeurs et autres dispositifs, et d'éviter un grand nombre des inconvénients qui, jusqu'ici, étaient inhérente aux parois d'eau et aux chaudières à paroi d'eau. D'autre* caractéristiques plus particulières de l'invention résident dans de nombreux perfectionnements apportés aux structures des parois d'eau et des chaudières à, paroi d'eau et dans leurs combinaisons avec divers types de chaudières pour force motrice.
En vue de la réalisation de ces buts et d'autres, la caractéristique principale de la présente invention consiste en une structure ou disposition de paroi d'eau ou de chaudière à paroi d'eau qui comprend un dispositif de circulation positif et actionné mécaniquement pour assurer une circulation régulière et continue dans les conduits à eau de la paroi d'eau ou de la chaudière à paroi d'eau.
La circulation positive peut être soit vers le haut, soit vers le bas dans les conduits de la paroi d'eau ou chaudière à paroi d'eau La vapeur et l'eau peu- vent se mouvoir dans les conduits soit dans le même sens, soit dans des sens opposés, par exemple la vapeur de bas en haut et l'eau de haut en bas ou l'eau de bas en haut et la vapeur de haut en bas. Quoique ces quatre types de mouvement soient inclus dans la présente invention on a trouvé que, pour la plupart des applications, il est dési- rable que l'eau et la. vapeur se meuvent dans le même sent)
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et un courant de haut en bas tant de la vapeur que de l'eau est le type :Le plus désirable pour les installations ordinaires.
Ce type de courant constitue le type préféré et présente de nombreux avantages. Par exemple, la distri- bution de vapeur et d'eau dans les conduits peut être réglée très exactement, et la tendance à produire une action de geyser, comme c'est le cas lorsque la vapeur et l*eau se meuvent dans le même conduit de bas en haut , est tout au plus très faible. L'entraînement de grosses bulles de gapeur est aussi réduit au minimum par le courant vers le bas et, pour la plupart des installations, en particulier celles se rapportant aux chambres de chauffage à températures très élevées, il est préférable d'utiliser un courant d'eau et de vapeur dirigé vers le bas.
Cette circulation mécanique de la présente invention peut être une installation combinée en un seul appareil avec la paroi d'eau ou la chaudière à paroi d'eau ou peut faire partie de la circulation mécanique générale d'une chau dière pour force motrice ou autre type de chaudière ordi naire incorporé au four ou foyer à refroidir.
Bien entendu, on -peut établir des installations de circulation unitaires reliées à des chaudières qui ne sont pas montées dans la même structure de four à titre de paroi d'eau, et d*autres modifications ressortiront d'une description plus détail lée de l'invention* quoique d'une façon générale, la présente in vention comprend des parois d'eau et chaudières à paroi d'eau munies de circulation positives actionnées mécanique- ment indépendamment de la structure des éléments de paroi d'eau,
on a trouvé qu'une paroi d'eau particulièrement efficace peut être construite en établissant les conduits à eau ou tubes individuels de façon qu'ils fonctionnent
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corme des tubes à pellicule d'une manière analogue à celle décrite au sujet du générateur de vapeur décrit dans le brevet belge antérieur ? 290,134 du 9 Août 1920 .
Diverses gradations entre les parois d'eau dans lesquelles les tubes sont constamment remplis d'eau et des-parois d'eau à tubes-pellicules véritables peuvent être cons- truites et sont comprises dans la présente invention* Par exemples ces constructions peuvent être analogues à celles employées, dans les. chaudières à tubes d'eau à vaporisation instantanée et semi-instantanée. La demanderesse considère que la paroi d'eau à tubes-pellicules dans laquelle l'eau dérivée d*un corps ou collecteur supérieur est introduite dans les tubes de manière à former une pellicule sous l'in- fluence de la pesanteur est le type le plus effiace et le plus désirable,et ce type de paroi d'eau constitue la forme de réalisation préférée de l'invention.
Le type de paroi d'eau à tubes-pellicules est particulièrement efficace en combinaison avec dautres chaudières et lorsque la paroi d'eau est employée comme générateur de vapeur.
La construction et la disposition des tubes ou des conduits à eau pour constituer les parois d'eau de la présente invention sont susceptibles de recevoir de nombreuses modifications pour de nombreuses formes diffé.. rentes de chambres de chauffage de four et de nombreuses conditions de travail différentes. Il est désirable, dans les foyers à haute température, de protéger les .parois d'eau aussi complètement que possible contre la chaleur rayonnante. Ceci est aussi très désirable lorsque la paroi d'eau est employée comme chaudière à paroi d'eau, étant
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donné que l'efficacité est ainsi augmentée puisque la chaleur qui élève simplement la température des parois du foyer est perdue dans une grande mesure.
Dans d'autres constructions, comme par exemple dans lea chambres de chauffage arquées réfléchissantes ou à réverbère telles que celles employéea dans certains modèles de fours métallurgiques,il peut être désirable de permettre à une partie considérable de la chaleur rayonnante,et même de la chaleur du gaz, de venir frapper la voûte réfléchissante.
Ainsi, par exemple, dans le cas des voûtes des creusets employés dans la fabrication du verre optique, il est désirable de réfléchir une grande partie de la chaleur rayonnante de la voûte sur la. surface du verre optique se refroidissant. Bans des installations de ce genre, la paroi d*eau peut être noyée dans la paroi proprement dite, , le refroidissement employé étant juste suffisant pour empêcher la désagrégation de la structure de la paroi.
Toutefois, dans la plupart des cas, ainsi qu'on l'a dit plus haut, il convient que la protection soit aussi complète que possible et, à cet effet, il convient de placer les tubes si prèa les uns des autres qu'ils ne présentent que des ouvertures insignifiantes, ou de dis- poser des faisceaux de tubes en deux ou plus de deux cou- ches qui sont décalées de telle sorte que les tubes d'une couche se trouvent derrière les ouvertures de la couche placée en avant* Des tubes peuvent aussi être munis d'ai- lettes;
pour augmenter l'effet de protection ainsi, que l'efficacité de l'absorption. Les dessins montrent une série de ces constructions possibles et beaucoup dau" très formes de réalisation sont faciles à concevoir pour 1*homme du métier et rentrent dans le cadre de la présente invention*
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Bans les constructions à paroi d'eau dans lesquelles les tubes sont noyés dans la paroi du four, l'effet de refroidissement produit à la surface de la paroi est déterminé non seulement par le nombre et l'es pacement des tubes mais aussi par l'épaisseur de la paroi du four entre les tubes et la chambre de chauffage et par la conductibilité, généralement faible, de la paroi.
Les parois de four peuvent être construites avec une épaisseur exactement prédéterminée de la paroi revêtant les tubes de paroi d'eau l'épaisseur étant juste suffi- sante pour produire assez de refroidissement pour empêcher la désagrégation de la surface de la paroi* Toutefois, il n'est pas nécessaire, dans la plupart des cas, de déterminer l'épaiisseur désirée avec une grande exacti- tude et, pour beaucoup d'installations il suffira de disposer au-dessus des tubes une paroi Abat l'épaisseur est plus grande que celle finalement désirée.
Quand on fait fonctionner le four ou foyer. la paroi s'échauffe et brûle jusqu'à ce que l'épaisseur ait été diminuée au point que l'effet de refroidissement des tubes équilibre l'effet de chauffage du four, la paroi cessant alors de se désagréger. On remarquera que lorsqu'il est question de paroi d'eau, l'invention n'est pas limitée aux construc- tions les plus ordinairement utilisées dans lesquelles seules les parois latérales de la chambre de chauffage du four sont munies de tubes de protection ou de refroi dissement Au contraires l'invention comprend, en addition à la protection ou au refroidissement des parois latérales,
la disposition d'écrans de tubes au sommet ou à la base de la chambre de chauffage du four dans le but d'absorber aussi complètement que possible la chaleur rayonnante développée.Cette disposition d'écrans ou parois d'eau horizontaux ou inclinés peut évidemment varier entre de
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grandes limites, et les exemples représentés sont de sim- ples exemples de plusieurs formea de réalisation impor- tantes, de nombreuses autres dispositions structurales d'écrans, faciles à concevoir pour 1* homme du métier, rentrant dans le cadre de cette invention*
De nombreuses chambres de foyer ou four sont dissymétriques du point de vue du chauffage,
de sorte que certaines parois ou surfaces de paroi peuvent recevoir une quantité de chaleur beaucoup plus grande que d'autres situées dans la même chambre de chauffage. Bien entendu, les parois d'eau de la présente invention doivent être établies pour correspondre à la distribution de chaleur quelle que soit la forme ou la construction particulière de la chambre de chauffage à laquelle elles peuvent être appliquées. Les combinaisons de tubes peuvent être modifiées de nombreuses façons différentes pour réaliser la meilleure utilisation de la chaleur absorbée. Ainsi, par exemple, un four ou foyer peut contenir une paroi d*eau qui est en partie une paroi réfrigérante et en partie un générateur de vapeur.
De cette façon, par exemple, de la vapeur d'eau peut être engendrée dans les tubes qui protègent ou sont noyés dans les parties de température maximum des parois tandis que les tubes servant d'écran pour les parois relativement plus froides peuvent être employée. pour réchauffer l'eau en vue de l'alimentation ou pour d*autres buts ou pour se comporter à la façon de tubes surchauffeurs pour surchauffer la vapeur. La disposition inverse peut être désirable dans certains cas. Le nombre de formes de réalisation qu'il est possible de donner à une paroi d'eau simple est très grand et l'on n'en a représen" té que quelques-unes, étant donné que la construction doit nécessairement être adaptée à une distribution de chaleur
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particulière de la chambre de chauffage à protéger.
Ainsi, il est bien entendu que les structures particulières indi- quées ne sont que des exemples de certaines des formes de réalisation structurales possibles que la présente invention est susceptible de recevoir.
Une distribution de chaleur inégale dans une chambre de chauffage peut nécessiter, et usuellement néces- site, une disposition dissymétrique de tubes de paroi d'eau ou un travail dissymétrique de ces tubes* Ainsi, par exemple, la paroi la plus chaude peut être protégépar un grand nombre de tubes ou par une épaisseur de tubes plus grande que les parois qui ne sont pas exposées à une grande quantité de chaleur,
ou bien un effet similaire peut être obtenu en faisant varier l*alimentation de l'eau de façon que les tubes qui se trouvent dans la zone la plus chaude puissent vaporiser une quantité d*eau plus grande que les tubes qui se trouvent dans les parties les plus froides de la sone. On peut aussi employer une com binaison de ces méthodes*
La vitesse de circulation de l'eau doit être proportionnée à la chaleur délivrée à diverses parties des parois, et ceci peut être effectué à l'aide d'une seule pompe de circulation par une disposition convenable de tuyaux de divers diamètres,
par un réglage à l'aide d'obturateurs ou par l'emploi de plusieurs pompes de même capacité ou de capacités différentes* Des indicateurs de niveau d'eau ou d'autres moyens de réglage dont la commande est proportionnée à l'évaporatio ou au chauffage dans des sections: particulières de la paroi d'eau peuvent être employés pour faire varier la vitesse de circulation ou la quantité d'eau délivrée aux sections respectives., Les combinaisons de réglage sont évidemment très nombreuses et l'on n'en a représenté qu'un petit nombre sur les dessins,
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étant bien entendu qu'elles ne limitent pas l'invention.
Le type de paroi d'eau préféré comportant des tubes à pellicules: d*eau du type La Mont est susceptible de recevoir de nombreuses formes de réalisation, en parti- culier, lorsque la paroi d*eau est employée aussi comme chaudière. Les unités La Mont nomatles collecteurs supé rieur et inférieur reliés par des tubes présentant des orifices à l'endroit où ils se raccordent au corps supé- rieur dans le but de distribuer où diriger positivement l'eau du corps supérieur pour constituer des pellicules sur la surface interne des tubes) peuvent être disposées de nombreuses façons différentes.
Le,,plateau à tubes parai le les, normal ou usuel, peut être employé comme couche de protection unique et une série de plateaux peuvent être employés pour constituer une paroi comportant plu sieurs couches, qui peuvent ou non être décalées. La construction a tubes-pellicules est aussi susceptible de recevoir la forme de plateaux à couches multiples com portant des corps supérieur ou inférieur communs ou ayant un corps supérieur commun avec une série de corps inférieurs, ou vice versa.
Les corps supérieurs de la paroi d*eau peuvent être alimentés en eau par une pompe unitaire individuelle, pour la paroi d'eau ou section de paroi d'eau, ou par Inaction de la pesanteur dérivant l'eau d'une seconde chaudière de tout type située à un niveau plus élevée ou encore par une combinaison de ces moyens* La circulation peut être modifiée par des réglages convenables du niveau d'eau dans les corps infé rieurs où. la vapeur se sépare de l'eau ou par tous autres moyens de réglage convenable.
L'eau d'alimentation peut être introduite froide ou chaude dans une partie quelconque du système
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de circulation, et des moyens convenables peuvent être prévus pour déposer des matières solides introduites par l'eau d'alimentation, par exemple des *pointe lents" et d'autres procédés. L*eau d'alimentation peut, être chauffée dans des corps d* alimentation distincts ou dans des tubes d'économiseur, dans d'autres parties du four ou dans des parties de la paroi d'eau qui ne sont pas employées pour produire de la vapeur.
Une com binaison de ces systèmes d'eau d'alimentation peut aussi être employée et l'on peut y incorporer de nombreuses et diverses combinaisons de régulateurs, soit automatiques, soit semi-automatiques Ces réglages peuvent se faire à 1*aide de niveaux d*eau prévus dans diverses parties du système, par une décharge de vapeur ou par tous autres moyens convenables. La ou les pompes de circulation peu- vent prendre 1'*eau directement dans des corps inférieurs, dans des réservoirs de pompe séparés, etc..
Les pressions de la vapeur engendrée dans les diverses sections de la chaudière à paroi d'eau peuvent être les mêmes ou différentes et divers moyens de commu ni cation à commande par obturateur peuvent être employés pour relier les prises de vapeur de sections individuelles séparées de la paroi deau. quand la paroi d'eau est employée avec d'autres chaudières, en particulier celles situées dans la même construction de four, de nombreuses dispositions sont possibles. Par exemple, la paroi d'eau peut travailler strictement comme une unité et, si de la vapeur est engendrée,, elle peut être utilisée d'une façon séparée de la vapeur de la seconde chaudière, et les prises de vapeur peuvent être à des pressions et qualités très différentes.
La paroi d*eau indépendante peut travailler avec une seconde chaudière dans la même construction de
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four,de sorte que, pendant que chacune possède une cir- culation d'eau entièrement indépendante, la prise de vapeur des deux peut être combinée.
D'autres combinaisons possibles sont l'emploi d'une partie ou de la totalité de la paroi d'eau comme réchauffeur d'eau d*alimentation pour fournir une' partie ou la totalité de l'eau da;limen tation à la seconde chaudière ou à des parties de la paroi d'eau qui engendre de la vapeur, ou aux deux. Inver- se.ment. les sections de la chaudière à sections peuvent être établies sous forme de réchauffeurs d'eau d'alimen tation pour fournir.une partie ou la totalité de l'eau d'alimentatin pour la paroi d'eau et diverses combinaisons en parallèle ou en série peuvent aussi être employées et peuvent être désirables dans certains cas.
La paroi d'eau peut être combinée avec tout type de chaudière, et la circulation d'eau des deux dispositifs peut être combinée de nombreuses façons différentes. Par exemple, une circulation unique peut être employée très: efficacement en particulier là où la seconde chaudière et la chaudière à paroi d'eau sont toutes deux des chaudières, à tubes-pellicules La Mont. l'eau introduite dans la paroi d*eau est alors usuellement sous la hauteur de charge de la chaudière placée au- dessus mais, dans certains cas, lorsque la seconde chaudière n'est pas située plus haut que le sommet de la paroi d'eau une seconde pompe peut être mise en série entre la seconde chaudière et le sommet de la paroi d'eau et une telle construction peut aussi être combinée avec une alimentation par gravité.
L'eau d'alimen
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tation peut être introduite dans une ou plusieurs parties du circuit et la quantité peut être réglée à l'aide de dispositifs de réglage montés soit sur la chau dière à force motrice, soit sur la paroi d'eau soit sur les deux.
La prise de vapeur de la paroi d'eau peut être combinée partiellement ou entièrement avec la prise de
Tapeur de la seconde chaudière, en particulier lorsque- ces prises sont soumises à la même pression, et ceci peut être réalisé très efficacement par l'emploi d'un sur- chauffeur commun* Une partie ou la totalité de la vapeur de la paroi 4'eau peut être emplyée séparément de celle de la seconde chaudière, Ainsi, une Tapeur saturée de température relativement basse peut être produite dans la paroi d'eau et employée pour le chauffage, tandis que de la vapeur surchauffée à haute pression peut être produite dans la seconde chaudière et employée pour la force motrice.Diverses autre combinaisons peuvent être effectuées.
Lorsqu'on emploie une circulation commune pour la seconde chaudière et les parois d'eau, la circu- lation peut être en série, comme il a été décrit ci-dessus, en employant une alimentation par gravité ou une pompe disposée en série entre la chaudière à force motrice et la paroi d'eau. On peut aussi employer une circulation parallèle, avec ou sans régulateurs pour modifier la distribution relative entre les deux dispositifs. Dans certains cas, il peut être désirable de prendre l'eau de circulation dans un trop-plein de la seconde chaudière, par exemple dans des corps supérieurs d'une chaudière à tubes d'eau, un excès d*eau dérivé de la pompe de cir- culation, étant à cet effet délivré aux dits corps.
En général, lorsqu'on désire une circulation d'eau commune
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pour la seconde chaudière et la paroi d'eau en série, l'eau peut être prélevée dans toutes partie ou à tout niveau de la chaudière à force motrice qui peut être jugé-désirable dans- toute installation particulière*
Au lieu de combiner une paroi d'eau unique avec une chaudière unique, on peut combiner plusieurs pa rois d'eau ou chaudières à paroi d'eau avec une chaudière unique, ou vice versa,,
la préfère combinaison étant parti- culièrement désirable lorsque plusieurs fours métallur- giques travaillent très près les uns des autres et lorsque la quantité de vapeur requise pour la force motrice ne peut - pas être engendrée dans les chaudières à paroi d'eau seules.
Bien entendu, les combinaisons sont très nombreuses et font toutes- partie de la présente invention*
Quoique une paroi d'eau au chaudière à paroi d'eau à circulation positive, et particulièrement une paroi d'eau ou une chaudière à paroi d'eau à tubes-pelli- cules, puisse être combinée avec tout type de chaudière pour force matrice, la combinaison d'une paroi d'eau ou d'une chaudière à paroi d'eau à tubes-pellicules avec une seconde chaudière à tubes-pellicules présente de nom breux avantages* Cette combinaison peut consister en une série d'unités séparées avec une série de moyens de cir culatton d'eau parallèles,
ou bien on peut employer une seule unité composée dans laquelle de longs tubes descen- dant jusqu'au bas de la chambre de chauffage se comportent à la façon de tubes de chaudière dans leurs sections supérieures et à la façon d'une chaudière à paroi d'eau dans leurs sections inférieures. Comme Ses chaudières à
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tubea-pellicules sont particulièrement efficaces avec de longs tubes de petit diamètre, cette combinaison est dans beaucoup de cas très désirable.
Le rôle de tous ces tubes peut ainsi être composite, ou bien une partie des tubes peuvent se comporter à la façon de tubes de chaudière et d'une paroi d'eau, d'autres tubes ou plateaux de tube.' pouvant être reliés pour agir uniquement comme tubes de chaudière, ou uniquement comme paroi d'eau, la combinaison dépendant évidemment dea conditions parti- culières des installations et des applications individuel- les.
Lorsqu'il est fait usage de chaudières, et de parois d'eau intégrales; ou semi-intégrales à tubes-pellicules, il est généralement désirable.de prévoir une circulation d'eau commune, et il est fréquemment avantageux de prévoir une structure de collecteur supérieure commune, dea collec- teurs inférieurs séparés étant prévus pour les tubes de chaudière;' et pour les tubes de chaudière et de paroi d*eau combinés.
Bans ces. installations intégrales ou semi-intégrales, la pression de vapeur est usuellement la même dans tous les tubea, quoique ceci ne soit pas indispensable et qu'on puisse prévoir des conduites de vapeur séparées ou combinées partant du ou des collecteurs inférieurs*
Au lieu d* employer de longs tubea agissant à la fois comme tubes de chaudière et comme tubes de paroi d*eau, une combinaison très efficace peut être effectuée en joignant ou combinant le collecteur infé- rieur de la chaudière à tubes-pellicules, avec le collée teur supérieur de la paroi deau correspondante.
Ainsi, la vapeur est séparée de la chaudière supérieure dans ce
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collecteur et l'eau en excès est refoulée dans les tubes à eau à la fois sous Inaction de la pesanteur et de la pression de vapeur. Des réservoirs spéciaux peuvent être prévus pour les pompes, de circulation au lieu de prendre l'eau dans les collecteurs inférieurs de la chaudière à force motrice ou de la paroi d'eau et ceci est un avan tage dans beaucoup de cas parce qu'on obtient ainsi une hauteur de charge plus constante sur le côté aspiration dé la pompe.
D'autres réservoirs peuvent être prévus dans le système de circulation et particulièrement entre la pompe et les collecteurs supérieurs de la chaudière à force motrice dans le but d'assurer une hauteur de charge plus constanté sur ces collecteurs supérieurs sous l'influence de la pesanteur* Beaucoup d'autres combi.. naisona et modifications de construction sont possibles.
En particulier, les détails de construction des générateurs de vapeur à tubes pellicules La Sont décrits dans le brevet antérieur précité peuvent être appliqués avantageu- sement aux installations établies suivant l'invention.
Certaines chambres de chauffage ont une forme telle qu'une chaudière à tubes d'eau ou à tubes-pelli cules associée à ces. chambres peut jouer un double rôle, tout au moins en ce qui concerne ses tubes; inférieurs, en ce sens qu'elle se comporte non seulement à la façon d'une chaudière mais aussi à la façon d'une paroi d'eau protégeant plus ou moins complètement la paroi supérieure ou autre de la chambre de chauffage contre la chaleur rayonnante. Bans d'autres, cas, des tubes horizontaux ou inclinés peuvent constituer une véritable paroi d'eau au sommet de la chambre de chauffage.
Dans ces installations, une série unique de tubes peuvent être disposés très près les uns des autres sur la largeur sensiblement entière de la chambre de chauffage du four, mais ces tubes peuvent
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être pliés ou décalés pour permettre au gaz de passer à travers toute partie désirée et d'absorber ainsi une très grande quantité de chaleur rayonnante tout en permet- tant aux gaz de passer à travers. D'autres constructions dans lesquelles deux couches à recouvrement sont dispo- zées sous forme de chicanes horizontales ou inclinées jouent un rôle analogue en ce sens que le gaz peut passer à travers le chemin courbe ainsi défini, tandis que pratiquement toute la chaleur rayonnante est absorbée.
De nombreuses autres formes de réalisation de tubes pouvant agir en par- tie comme tubes générateurs et en partie;: comme paroi d'eau protégeant la paroi supérieur ou autre de la chambre de chauffage sont possibles et font partie de la présente invention.
Lorsque des parois d'eau suivant l'invention sont combinées avec des chaudières soit des types ordinai- res, soit du type à tubes-pellicules La Mont des comma- nications peuvent être établies à l'aide de robinets ou obturateurs convenables de façon qu'on puisse faire travailler la paroi d'eau et la chaudière soit simultané- ment avec une circulation commune ou une production de vapeur commune soit individuellement avec une circula- tion indépendante et avec une production de vapeur indi- viduelle ou commune, ou bien de façon que l'une ou l'autre puisse être entièrement mise hors d'action.
D'autres combinaisons peuvent être effectuées à l'aide de communica tions à obturateur convenables et il peut être désirable de satisfaire aux exigences de certaines installations ou conditions de travail. l'invenion sera décrite d'une façon plus détaillée en se référant aux dessins annexés qui repré- sentent certaines des nombreuses combinaisons possibles rentrant dans le cadre de la présente invention.
Il est
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bien entendu que les dessins ne représentent que certains types de combinaison et ne limitent l'invention en aucune façon*
Dans les dessins t
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B3g.l est une coupe schématique faite à tra- vers une chambre de chauffage et une paroi d'eau à tubes'-* pelliculeS
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1 'Fig.2 à 8 sont des coupes horizontales de pa- rois de chambres de chauffage montrant diverses disposi- tions et types de tubes*
Fig.9 est une coupe schématique de la chambre de chauffage et de la paroi d'eau et montre une combinai- son de tubes, noyés et de protection*
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3ig.lE? eat une coupe schématique d'un foyer montrant une chaudière à paroi d'eau combinée avec un surchauffeur de vapeur .
Fig.ll et 12 sont des plans partiellement brisés des collecteurs supérieurs et inférieurs de la
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paroi deau de fit,.10* Fig*B3 et 14 sont des coupes schématiques d'un foyer et montré une chaudière à paroi d*eau combi...
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née avec une chaudière à tubes d.eau-bet à passage simple*, Fig)l5 est une coupe schématique d'un foyer et montre une paroi d*eau à tubes-pellicules La Mont combinée avec un générateur de vapeur à tubes-pellicules. La Mont.
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Fig.l6 et 17 sont dea détails en coupe des collecteurs supérieurs de la paroi deeau à tubes-pelli- cules La leont et montrent lea diverses constructions d'o- rifices d*injection6 Fig*1B , 19 et 21 sont des coupes schématiques de chambres de chauffage montrant des parois d'eau pro- tégeant des parois horizontales ainsi que des parois verticales.
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Fiv.20 est une coupe de la paroi d'eau latérale. i.g.?.2 et 24 sont des détails des écrans de tubes de fig.19,
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J'ig.23 est une coupe de fig.22 suivant 23-23.
Kg .25 est une coupe de l'écran de tubes de fig.24, à angle droit par rapport à l'écran.
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g.2ô est une coupe schématique d'une chaudière à paroi 'ld' eau à tubes-pellicules La Mont combinée avec un générateur de peur.
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7.g.2! et 28 sont des coupes schématiques de parois d'eau avec courant ascendant d*eau et de vapeur.
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Yig.29 est un détail en coupe à travers un tube et montre la circulation externe de parois d'eau analogues à celles des fig.24 et 25 mais munies d.orifices d'injeo- tion.
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Fig.30 est un détail en coupe d'un tube et d'une circulation externe. montrant une circulation d'eau vers le bas et un courant de vapeur vers le haut.
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Pig*31 est un détail en coupe à travers un tube et des moyens de circulation, montrant une circulation d'eau vers le haut et un courant de vapeur vers le bas.
Dans ces diverses figures, W désigne un niveau d'eau, B une conduite de vidange et ? l'alimentation en eau.
Dans la paroi d'eau de fig.l, la paroi de la chambre de chauffage est représentée en ] et les brûleurs à combustible en 2. Deux couches de tubes-pellicules 3 et 4 sont noyées dans les parois et sont reliées respec-
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tivement aux collecteurs supérieurs 13 et 14 et aux 001- lecteurs inférieurs 23 et 24 . JJeto11ecteurs supérieurs
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communs 15 et des collecteurs inférieurs communs 25 sont reliés respectivement aux collecteurs 13 et 14 et aux collecteurs 23 et 24 Un séparateur de vapeur 6 muni d'un régulateur de niveau d'eau d'alimentation 7 est relié au collecteur inférieur par le tuyau 8 Toute vapeur engendrée est retirée par le tuyau 9.
La vapeur formée peut aussi être dérivée directement du collecteur inférieur commun 25 par un tuyau 10 Une pompe 11 retire l'eau du séparateur de vapeur6 par le tuyau 12 et la refoule par le tuyau 16 au collecteur supérieur 15 ce qui effectue une circulation vers le bas continue à travers les tubes de paroi d*eau* Le. paroi d'eau représentée est destinée à être utilisée comme paroi d'eau directe, c'est-à-dire qu'ell.e n'est pas destinée à être utilisée principalement pour la production de vapeur mais seulement pour refroidir les parois du four avec le minimum de vaporisation d'eau.
Une chaudière à paroi d'eau est représentée sur la fig.9. La construction estanalogue à celle de fig 8 La vapeur est séparée dans les collecteurs inférieurs 25.
24 ainsi que dans les réservoirs séparateurs de vapeur 6 et 26 .Les tubes 3 sont représentés à l'intérieur de la chambre de chauffage, tandis que les. tubes 4 sont noyés dans la paroi* Pour faire varier la circulation en confor mité avec lea différentes capacités de vaporisation des- deux jeux de tubes, les.
collecteurs inférieurs 23 du jeu interne sont reliés au réservoir séparateur de vapeur qui est muni du régulateur de niveau d'eau. 27 Ce régulateur actionne l'obturateur 28 et varie la quantité d'eau délivrée au réservoir principal 6 qui eat à son tour muni d'un régu- lateur de niveau 2. variant la quantité d'eau d'alimenta.. tion admise par un obturateur 17 La tuyauterie 16 de la
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pompe est reliée aux collecteur supérieurs 13 et 14 par des obturateurs 33 et 34 .Ce dernier est commandé par un régulateur de pression 43 qui est actionné par la différence de pression entre le tuyau 16 et le collec- teur supérieur 14 Le tuyau 18 muni de l' obturateur 19 relie
1* espace à tapeur du séparateur 26 au collecteur supérieur 14 Par ce moyens, en peut faire passer de la vapeur à travers les tubes 4 et les faire agir comme sur- chauffeurs, auquel cas l'obturateur 33 est fermé.
Quand les deux jeux de tubes fonctionnement à la même pression. les obturateurs 33, 34 et 43 sont ouverts et l'eau de la pompe circule de façon égale à travers les deux jeux de tubes,, Toutefois si ainsi qu'il est fréquem- ment désirable, les.
tubes 1 doivent travailler à une pression plus basse que les tubes 3 on règle le régulateur
43 pour la différence de pression convenable de façon qu'il .effectue la chute désirée de pression dans l'eau passant à travers lui pour pénétrer dans le collecteur 14 et le régulateur de pression alimente automatiquement d'eau à la pression désirée le collecteur 14 l'admission étant proportionnelle à la quantité -vaporisée. Quand les deux jeux de tubes travaillent à la même pression, l'obtu- rateur 44 monté sur le tuyau reliant les réservoirs 26 et 6 est ouverte mais lorsque les différents tubes travaillent à dea pression différentes, ou lorsque les tubes 4 travail* lent comme surchauffeurs l'obturateur 44 est fermé.
Les dispositions des tubes à paroi d'eau sont nombreuses et l'on en a représenté quelques types sur les fig.2 à 8. La fig.2 montre une couche unique de tube noyés dans une paroi et espacés d'une distance considérable les uns des autres*fig.3 et 4 montrent deux couches qui sont
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décalées dans la fig.3 mais non dans la fig.4. Fig.6 mon- tre une couche de tubes, noyés dans la paroi et disposés très près les uns des autres au point qu'ils se touchent pratiquement* La fig.5 montre une disposition étagée de tu bes à l'avant de la paroi de la chambre de chauffage. Les fig.7 et 8 montrent des tubes à ailettes; une couche se comporte à la façon d'un écran à l'avant de la paroi et 1* autre est noyée dans la paroi.
Bien entendu, de nombreuses autres combinaisons et dispositions sont possibles et l'invention n'est limitée à aucune disposition particulière de tubes*
L'installation de fig,10 montre deux couches de tubes- noyées dans une paroi de four et reliées à des collecteurs supérieurs et inférieurs communs 1 et 3 la vapeur est séparée en premier lieu dans des collecteurs inférieurs 23 et, dans .une mesure moindre ,dans un réservoir collecteur 6* En s'élevant dans, le tuyau 20 la vapeur passe à travers un surchauffeur composé de collecteurs supérieurs 21 et d'un collecteur inférieur 22 hors duquel elle s* échappe par un tuyau 29 protégé par une soupape de sûreté 30* Lorsqu'il n'est pas désirable de surchauffer toute la vapeur engendrée dans la chaudière à paroi d'eau,
une partie de la vapeur peut passer à travers le tube 31 commandé par l'obturateur 32
Le système de circulation à pompe est analogue celui de fig*9 et peut être muni de régulateurs de ni- veau d'eau convenables pour régler l'admission d'eau d'alimentation* La disposition des collecteurs 13 et 14 est représentée sur les fig.ll et 12 la première repré- sentant les collecteurs supérieurs. Ceux-ci sont formés avec une chemise interne de forme approximativement semi- circulaire, comme représenté en 35 sur fig.ll.
Cette che-
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mise interne présente des orifices 36 grâce auxquels l'eau est injectée dans les tubes ¯3 et 4 Un détail en coupe de ce type de collecteur est représenté sur la fig.16.
Les tubes 3 et 4 sont assujettis au collecteur 13 par dudgeonnage. Des trous 37 et 38 munis de bouchons 39 et
40 permettent l'introduction d'un dudgeon pour construire les collecteurs
Les divers collecteurs sont reliés par des tuyaux, comme représenté clairement sur les fig.ll et 12.
Ces tuyaux sont représentés ouverts, de sorte que les é- crans de collecteur sont réunis en un seul collecteur*
Cette construction est désirable lorsque tous les tubes doivent travailler à. la même pression de vapeur ou pour les mêmes: buts. Lorsqu'une partie des tubes doivent être employés pour engendrer de la vapeur et une autre partie pour surchauffer et pour réchauffer l'eau d'alimentation, ou lors que certains tubes doivent être employés pour en- gendrer de la vapeur à des pressions différentes des autres tubes, les: tuyaux peuvent être munis d'obturateurs et cen nexions convenables pour permettre le fonctionnement des diverses sections de collecteur indépendamment. Les collée** teurs 13 sont munis de chapeaux détachables13 pour per mettre d'enlever les douilles: 35 dans démonter l'ensemble de collecteur.
Des parois d'eau peuvent être combinées avec divers types de chaudières* Deux types à tubes d'eau sont représentés sur les fig.13 et 14 et une chaudière à tubes- pellicules La Vont est représentée sur la fig.15
Diverses combinaisons de moyens de circulation d'eau peuvent être employées et on n'en a représenté que quelques-unes sur les dessins. Dans la fig.13 on fait travailler la chaudière à paroi d'eau comme un ensemble et
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cette chaudière possède sensiblement la même construction et fonctionne sensiblement de la même façon que la paroi
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d'eau de fig.10.
Bien entendu, la forme est différente à cause de la forme différente de la chambre de chauffage rendue nécessaire par le mécanisme de chauffage différent qui combine un chargeur à grille 40 avec le dispositif d'évacuation de cendres usuel 41.
La chaudière représentées est une chaudière à tubes d'eau à passage simple munie de corps 45 et 46
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reliés à des tubes, d*eau 4S* Un corps à vapeur 47 commun nique avec un tuyau à vapeur 50 qui est relié au tuyau à vapeur 20 de la paroi d*eau. Des obturateurs convenables
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51 '.tt.ë! sont prévus pour régler l'échappement de vapeur.
Un réchauffeur deau d'alimentation distinct est prévu pour la chaudière à tubes d'eau et consiste dans les tubes 55 munis de collecteurs correpondants la chaudière à paroi d'eau et la seconde chaudière à vapeur travaillent entièrement indépendamment excepté
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que leurs prises de vapeur peuvent ±tre combinê'JU!si on le désire.
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La fig..4 montre la combinaison de la paroi d''eau avec une chaudière à tubes d'eau à passage simple d'un t-ype analogue à celui de fi.g.l3 mais dans lequel des moyens sont prévus, pour combiner en partie ou en tout la
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circulation d*eau pour les deux chaudières. La chaudière à paroi d*eau est divisée en deux parties , une partie arrière relativement5 courte composée de tubes 2 et 4 et de collecteurs 13 et 23 et une partie avant relativement
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longue composée de tubes 56 et,v57 et de collecteurs 53 et 54 * La. chaudière à tubes d'eau est de construction ana-é- logue à celle de fig.1.3, mais. le corps supérieur 45.
est muni d'un régulateur de niveau 58 et dfi±n tuyau de trop-
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plein 59 La pompe de circulation principal 11 fait circuler l'eau directement à travers le collecteur 13 et les tûtes .3 et par les tuyaux 16 60 et 61 comman dés par des obturateurs 62 et 63 ou bien la circulation peut être établie par les tubes 55 du réchauffeur dans corps 45 et par le tuyau de trop-plein 59 et le régulateur
64.Le tuyau 60 peut aussi délivrer l'eau directement dans le collecteur 53 ou-bien l*eau d'alimentation destinée à ce collecteur peut être dérivée du trop plein par des tuyaux 59 65 pour être délivrée à la pompe 66 . qui la. délivre au tuyau67 La pompe 66 peut aussi;
, être munie d*un bu pass 68 commandé par un obturateur 69
Dans ce fonctionnement, les deux obturateurs 70 et 71 de la pompe sont fermés. La prise de Tapeur, comme dans le cas de fig.13 peut être combinée avec celle de la chaudière régulière*
La circulation d*eau en série à travers la chaudière principale et la paroi d*eau peut .être effec- tuée de deux façons. Si l'obturateur 133 est fermé et l'obturateur 134 ouvert,, l'eau se rend à travers le pré- chauffeur 55 au corps inférieur 46 et se rend de là aux parois d'eau. Toutefois, ai l'obturateur 134 est fermé et l'obturateur 133 ouverts, l'eau monte du corps 46 au corps 45 et redescend par le tuyau 59.
Bans ce dernier cas, la circulation positive assurée par la pompe con- tribue à faire circuler l'eau dans le passage principal de la chaudière à tubes d'eau ainsi que dans le pré- chauffeur*
Quand l'obturateur 72 est ouvert, ce qui fait circuler l'eau à travers le collecteur 55, le courant est commandé par le niveau d'eau 58 à l'aide d'un obtura- teur 73 et ceci règle la circulation tant dans la chaudière
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à tubes d'eau que dans la chaudière à paroi d'eau.
La chaudière de fig.13 est préférablement munie du surehauffeur 74 et du tuyau de sortie 73 En ouvrant l'ob turateur 51 et fermant l'obturateur 52 la vapeur saturée de la chaudière à paroi d'eau passe conjointement avec de la vapeur de la chaudière à tubes d'eau à travers le sur- chauffeur.
Quand l'obturateur 51 est fermé et l'obturateur 52 ouverte la vapeur surchauffée de la chaudière µ. tubes d'eau eat délivrée à travers le tuyau 75 tandis que la vapeur saturée de la chaudière à paroi d'eau est délivrée à travers 1* obturateur sa* Le sur chauffeur peut aussi être mis hors d'action, la vapeur saturée étant délivrée hors des deux chaudières en fermant l'obturateur de commande 76 du surchauffeur et ouvrant les deux obturateurs 51, 52 L*eau d'alimentation est introduite dans la circulation à paroi d'eau par l'obturateur 17 et dans la chaudière à tubes d'eau par l'obturateur 78 et le tuyau 77
Dans la variante de fig.14,
de l'eau d'alimen.-. tation est introduite dans le système de circulation de la paroi d'eau par l'obturateur 17 de la manière usuelle. De l'eau d'alimentation additionnelle destinée à la chaudière à tubes d'eau peut être introduite par le tuyau 77 et l'obturateur 78 le cas échéant en addition à l'eau mise en circulation à l'aide de la pompe 11:
ou bien, si l'obtu rateur 72 est fermée 1*eau d'ali,mentation peut être intro- duite dans le réchauffeur 55 sans avoir été mélangée d'eau dérivée de la pompe 11
Bans 1'*un et l'autre cas, l'introduction d'eau est réglée par l'obturateur 73 recevant sa commande du régulateur de niveau d'eau 58 Le complément d'eau d'ali- mentation destiné à la fois à la chaudière à paroi d'eau et à la chaudière à tubea d'eau peut être introduit par le
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tuyau 78 en fermant l'obturateur 79 'réglant l'eau d'ali- mentation de façon qu'il ne pénètre pas d'eau d'alimenta- tion dans le circuit de la pompe 11 Les proportions entre l'eau d'alimentation des deux sources peuvent
aussi être modifiées par un réglage convenable des obturateurs 78 et 79
Par conséquent) dans l'installation de fig.14, on peut faire travailler la chaudière à paroi d'eau comme une unité indépendante sans liaison avec la chaudière à tubes d'eau ou bien on peut donner aux deux chaudières une circulation commune avec des admissions séparées d'eau d'alimentation, ou une circulation commune avec une seule admission d*eau d'alimentation. la production de vapeur peut être combinée soit en vue de vapeur saturée, soit en vue de vapeur surchauffée, ou bien la vapeur saturée peut être délivrée par la chaudière à paroi d'eau pendant que la vapeur surchauffée est délivrée par la chaudière à tubes d'eau.
D'autres combinaisons peuvent être effec- tuées par une simple disposition d'obturateurs et de tubes et peuvent être désirables dans certains cas.
La fig.15 représente une chaudière à paroi d'eau à tubes-pellicules combinée avec un générateur de vapeur à tubes-pellicules. On a trouvé que cette combinai- son donne les meilleurs résultats généraux pour la plu- part des applications et constitue la forme de réalisa- tion préférée de la présente invention.
La construction de la paroi deau est analogue à celle des figures pré- cédentes, étant composée de collecteurs 13 et 23 reliés par des tubes 3 et 4 Le générateur de vapeur La Mont est similairement muni de collecteurs 83 et 84 reliés par des tubes 80. Le niveau d'eau dans le collecteur inférieur est régi par un régulateur de niveau 81 qui
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règle la quantité d'eau d'alimentation admise par l'obtu rateur 82 en série avec l'obturateur de commande 17 par le régulateur de niveau 17 Le collecteur inférieur
84 du générateur de vapeur est relié au collecteur supé rieur-13 de la chaudière à paroi d'eau,
et le tuyau de circulation d*eau 16 communique avec les collecteurs supé rieurs 83 du générateur de vapeur 6 La circulation d'eau est ainsi en série, *abord à travers le générateur de vapeur,, puis à travers la chaudière à paroi d'eau. La vapeur se sépare dans le collecteur inférieur 84 et sort par le tuyau 85 commandé par 1.'obturateur 86. La vapeur sort de la chaudière à paroi d'eau par le tuyau 20 commandé par l'obturateur 86 Un by pass 87 oblige l'eau du collec- teur inférieur 84 à contourner la chaudière à paroi d'eau quand la circulation d'eau et la vaporisation du générateur de vapeur sont de beaucoup supérieures à celles de la chaudière à paroi d'eau.
Bien entendu; au lieu d'une circulation en série, on peut prévoir des circulations séparées pour la chaudière à paroi d'eau et le générateur de vapeur, ou bien on peut employer 1-$une comme surchauffeur et l'autre comme générateur de vapeur, ou l'une comme réchauffeur d'eau d'alimentation et l'autre comme générateur de vapeur.
D'autres combinaisons peuvent facilement être effectuées par une disposition convenable de tuyaux et d'obturateurs pour effectuer les communications désirées. L'un quelconque des types ordinaires des collecteurs La Mont peut être employée Dans la fig, 13 décrite relativement à la fig.ll, on a représenté une douille insérée présentant des orifices de giclage qui sont nécessaires pour produire une distri- bution uniforme de leau de fagon à constituer une pelli cule à 1-*intérieur des tubes.
Un autre type simple d'orifice
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est représenté. sur la fig 17 dans laquelle le bouchon 88 présentant le petit orifice 89 est substitué à la douille
35 et à l'orifice 36 de fig.16 Ces deux détails sont sim plement des exemples des nombreux types d'orifices qui peuvent être adoptés dans les constructions à collecteur la Mont et ils ne limitent en acune façon l'invention aux constructions et aux dispositions d'injeoteurs repré- senté s .
Le collecteur inférieur 84 est muni d'un régulateur de niveau inférieur d'eau 132 qui actinne l'obturateur 131 du by-pass 130 conduisant l'eau du collec- teur supérieur 83 au collecteur inférieur. Quand la chaudière à paroi d'eau prélève de l'eau dans le collec- teur 84 plus vite que celui-ci en reçoit dans la circula- tion en série normale, le niveau d'eau tombe, et lorsqu'il tombe au-dessous du niveau du régulateur 132 l'hturateur 131 s'ouvre et une quantité suffisante d'eau est détournée par le by-pass pour maintenir le niveau dans le collecteur inférieur* Ceci. empêche que l'eau délivrée aux tubes de la chaudière à paroi d*eau fasse défaut.
Lorsque des chambres de chauffage sont entou- rées sur quatre cotés par des parois ou murs, ces quatre parois peuvent être protégés par des parois d'eau ou des chaudières à paroi dteau suivant l'invention* Les fig. 18 à 20 représentent les divers types d'installations de cette nature. Dans la fig. 18 en addition aux parois d'eau verticales formées de tubes 3 et 4,une paroi d'eau composée de tubes 93 est montée dans une position légère- ment inclinée pour protéger le sommet de la chambre de chauffage 88 Des collecteurs 95 et 96 sont incorporés à la paroi d'eau supérieure et sont reliés par des tuyaux
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97 et 98 aux orifices d'entrée d'eau et de sortie de vapeur des parois d'eau verticales, respectivement.
Une paroi inférieure, composée de tubes 100 d'un collecteur supérieur 101 et d'un collecteur inférieur 102 constitue une paroi d'eau pour l'extrémité inférieure de la chambre de chauffage* Le collecteur inférieur 96 eat relié au collecteur inférieur 102 par un tuyau 99 et les collée* teurs inférieurs 23 sont reliés à 102 par un tuyau 103.
Le collecteur supérieur 101 est relié à son tour au système de circulation d*eau par le tuyau 104 La vapeur du collecteur 102 s'échappe par le tuyau de vapeur 20 qui reçoit aussi la vapeur du collecteur 23 par le tuyau 105 e Une circulation commune établie à travers tous les collecteurs est commandée par le régulateur de niveau d'eau 7, qui règle la quantité d'eau d'alimentation admise à l'aide d'obturateurs 17 de la manière usuelle* Une des parois d*eau latérales est représentée avec le collecteur ou corps supérieur 106le collecteur inférieur 107 et les, tubes 108.
L*eau de circulation est dérivée du tuyau de circulation 16 par le tuyau 109 et la vapeur rejoint le tuyau de sortie commun par le tuyau 110 qui communique avec le tuyau 105 provenant des collecteurs inférieurs 23 Bien entendu, au lieu de prévoir une circou lation commune en parallèle à travers tous les collecteurs, on peut prévoir des systèmes de circulation distincts ou établir la circulation en série à travers une ou plusieurs unités D'ature combinaisons seront évidentes pour l'homme du métier.
On voit que les parois de la chambre de chauffage sont protégées complètement contre la chaleur rayonnante et la chaleur due à la convection, une faible fraction
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seulement, notamment le carnau 111 notant pas protégé par une paroi 2 Le rendement total de l'installation peut être très élevé en raison de la faible perte de cha- leur à travers les parois du four.
La fig .19 représente une chambre de chauffage de forme analogue à celle de fig.18 mais montre une façon plus efficace de situer la chaudière à parois d'eau latérales à tubes-pelicules La Vont et montre aussi une protection plus complète du oarnau. En général, la construction de paroi d'eau est analogue à celle de fig.
18, excepté que la paroi d'eau supérieure est composée de tubes très serrés 93 qui sont toutefois décalés dans la partie qui coïncide avec le carnau 111 pour permettre le libre passage du gaz à travers le carnau La partie décalée est représentée en 94 et le détail de la construc- tion du plateau est représenté sur la fig.21 La circu- lation dans la paroi d'eau est établie en parallèle comme dans la fig.
18
La paroi d*eau latérale, composée de collec- teurs 106 et 107 et de tubes 108 est une paroi La Mont horizontale ou inclinée, au lieu d'être verticale comme dans la fig.18 Les tubes inclinés de fig.19 sont plus longs que les tubes verticaux de fig.18 et sont par consé- quent plus efficaces étant donné que, en général, le généra- teur à tubes-pellicules La Mont est plus efficace avec des tubes relativement longs. Les pièces ont été désignées par les mêmes références que dans la fig.18 et les commu- nicatins prévu pour la vapeur et l'eau sont analogues, excepté que, au lieu de prévoir un seul tuyau de vapeur 110 on prévoit deux tuyaux de vapeur, l'un pour le collec- teur inférieur 23 Vautre pour le collecteur 96.
L'eau
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en excès est conduite au collecteur 102 par le tuyau 112 le fonctionnement est le même que dans la chaudière à paroi d'eau de fig.18, mais le rendement est beaucoup . plus!élevé, parce que, en addition au fait que les tubes
La Mont sont beaucoup plus longs, et par conséquent plus efficaces,la perte de chaleur des gaz s' élevant à la cheminée et la faible quantité de chaleur rayonnante sus- ceptible d'atteindre les parois de la cheminée sont consi* dérablement diminuées en raison du fait que la partie ouverte de la paroi d*eau 94 intercepte une grande partie de cette chaleur, puisque les gaz ainsi que la chaleur rayon nante s'élevant dans la cheminée doivent passer par- dessus les tubes 94 .
Lorsqu'un rendement encore plus élevé est dési- ré, une paroi d*eau supérieure double peut être prévue comme représenté sur la fig.21, qui représente schémati- quement une façon de disposer la paroi d'eau-et dans laquelle on n'a pas représenté les communications tubu laires. Celles-ci sont les mêmes que dans les figures précédentes, c'est-à-dire elles assurent la circulation en parallèle dans toutes les parois d'eau
La plus haute des parois supérieures est composée des collecteurs 95 et 96 et des tubes 93 et couvre la paroi supérieure jusqu'à la cheminée comme dans la fig.18 Une seconde paroi d'eau, placée à quelque distance au-dessous, de la plus haute, est munie de collec- teur 113 et 114 reliés par des. tubes 115.
Cette paroi va de la paroi latérale la plus éloignée jusqu'à un point situé à une bonne distance au-delà du carnau et les deux parois peuvent ainsi être considérées comme étant un con- duit à chicane de sorte que la plus grande partie du gaz passant sur les tubes de la chaudière eat obligée de passer soit à travers, soit autour des parois d'eau qui
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sont composées de tubes serrés comme dans la fig.24.
Les parois d'eau à recouvrement forment un écran près** que complet pour la chaleur rayonnante, et le trajet encore plus long du gaz abaisse encore la température des gaz d'é chappement qui s'élèvent dans le carnau et augmente d'une façon correspondante le rendement de l'installation.
Au lieu d'employer toutes les parois d'eau comne générateurs de vapeur. la paroi d'eau supérieure composée de tubes 93 laquelle paroi n'est guère exposée à la chaleur rayonnante .;et entre en contact avec des gaz partiellement refroidis, peut être employée comme sur- chauffeur ou comme réchauffeur dAeau d'alimentation.
D'autres combinaisons peuvent être effectuées par une simple modification de la tuyauterie et des conditions de travail.
Dans les installations de paroi d'eau et de chaudière représentées par les figures précédentes, la paroi d'eau et les générateurs de vapeur sont des unités séparées. Cette construction est très souple et est très désirable dans beaucoup d'installations, en particulier lorsque des parois d'eau et des chaudières à paroi d'eau sont combinées avec des types ordinaires de chaudières.
Lorsque des chaudières à tubes-pellicules du type La Mont sont employées, une modification très efficace peut être apportés à la présente invention en employant les tubes La Mont, ou une partie de ces tubes, comme tubes générateurs de vapeur et tubes à paroi d'eau combinés. Cette construc- tion est représentée dans la fig.26 dans laquelle le générateur de vapeur est muni d'un collecteur supérieur 83 et de tubes 80 qui, dans leur partie supérieure, sont des tubes de générateur nais qui, dans leur partie infé- rieure,
comme représenté en 113peuvent être considérés comme des tubes de générateur et de paroi d'eau combinés*
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Les collecteurs inférieurs 84 recueillent le vapeur engen- drée et la séparent de l'eau La vapeur sort par le tuyau
85 réglé par l'obturateur 86 et l'eau eat mise en circu- lation de la manière usuelle par la pompe 11 et le tuyau 16 . L'admission d'eau d'alimentation est réglée par le régulateur de niveau d'eau 7 actionnant l'obturateur 17 de la tuyauterie d'eau d'alimentation.
En raison du fait que les tubes=pellicules La Mont sont de préférence rela- tivement petits et longs et peuvent être pliés facilement et efficacement à des formes, diverses, ces tubes, se prê tent particulièrement à. des emplois combinés comme généra... teurs de vapeur et tubes de paroi d'eau. La structure résultante est très simple et compacte et pour beaucoup d'installations, en particulier lorsque l'espace est cher, cette modification de l'invention est très importante.
Dans la fig.26, qui est schématique comme les autres figures des. dessins, on a représenté tous les tubes de chaudière pénétrant dans la chambre de chauffage, de telle sorte que chacun d'eux constitue un tube généra- teur et un tube de paroi d'eau combinés. Toutefois, pour beaucoup d'applications, il est désirable d*employer un nombre plus grand de tubes générateurs de vapeur directs que de tubea de paroi d'eau, et il peut être désirable d'adopter la disposition contraire dans certains cas. Si certains des tubea de chaudière ne se comportent pas à la façon de tubes de paroi d'eau il convient de prévoir pour eux un ou plusieurs, collecteurs inférieurs séparés.
S'il faut un nombre plus grand de tubes de paroi d'eau que de tubes de chaudière, on prévoira des collecteurs supérieurs séparés pour les tubes de paroi d'eau en excès.
La circulation peut être en série, en parallèle ou en série- parallèle. Tous les tubes, tant de chaudière que les tubes de paroi d*eau et générateurs intégraux, peuvent être
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employas pour la production de vapeur, ou bien on peut employer certains des tubes pour le surchauffage et d'autres pour le réchauffage de 1*eau d'alimentation.
Bien entendu, les communicatins nécessaires seront évidentes pour l'homme du métier.
Les fig.27 et 28 représentent des: chaudières à parai d'eau avec la circulation inverse, c'est-à-dire une circulation montante d*eau et de vapeur dans les tubes à paroi d'eau.
L'eau est refoulée par la pompe 11 à travers les collecteurs d'admission 13 et de bas en haut à l'intérieur dea tubes 3 La vapeur et l'eau se séparent dans les collec- teurs ou corps de sortie 23 La vapeur s'échappe par le tuyau de vapeur et 1*eau non vaporisée revient à la pompe par le tuyau 119 . Un purgeur 114 communiquant avec le tube de drainage 115 recueille l'eau qui pourrait avoir été entraînée par la vapeur et la ramène à la cir- culation. La chaudière peut aussi être vidée en fermant l'obturateur 116 de la tuyauterie de vapeur en aval du purgeur. Cette construction est représentée sur la fig.27.
La circulation est commandée par le niveau d'eau 7 action- nant de la manière usuelle un obturateur 17 monté sur le tuyau d'allimentation,
La fig. 28 montre une construction qui ressemble un peu à celle de fig. 27 mais qui est munie d'un réservoir à vapeur 6 dans lequel une partie de Veau et de la vapeur arrivant des collecteurs d'échappement 23 est délivrée et se sépare,
l'eau revenant par le tuyau 121 dans la pompe 11 La communicatin entre les collecteurs d'échappement 23 et le réservoir 6 de même que la communication entre la pompe et le réservoir peuvent Être fermées en fermant l'obturateur 118 monté sur le tuyau 117 et en fermant
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aussi l'obturateur 122 monté sur le tuyau 121.Le retour de l'eau se fait alors exclusivement par le tuyau 119 directement à la pompe.
Lorsqu'on désire faire circuler toute 1.eau à travers le réservoir 6, on ferme l'obtura- teur 120 et l'on ouvre les obturateurs 118 et 122 après quoi on oblige toute 1.*eau des collecteurs d*échappement 23 à circuler à travers les réservoirs de séparation de vapeur 6 et à se rendre ensuite par le tuyau 121 à la pompe. Un purgeur de vapeur 114 muni d.'un tuyau de drainage 115 est prévu sur la tuyauterie de vapeur en aval du réservoir de séparation. Des chicanes 128 sont préféra blement incorporées; aux collecteurs supérieurs pour effec- tuer une -séparation plus complète de la vapeur d'eau et de :L'eau.
La fig.29 montre un tube et la circulation d'eau d*une paroi d'eau analogue à celle de fig.27 mais représente une paroi d'eau à tubes-pellicules. La cons- truction eat le mime que celle de fig.27 excepté qu'un orifice ou tuyère d'injection 123 est incorporé au collec- teur d'admission 13 et détermine la formation d*une pelli- cule d'eau à l'intérieur du tube 3 De préférence, le tube sera assez petit pour que la pellicule adhère effica cément à ce tube. la fig. 30 est un détail analogue de la paroi d'eau à tubes-pellicules dans laquelle la pellicule descend le long du tube pendant que la vapeur s'élève à l'intérieur du tube.
La construction ressemble beaucoup à un élément La Mont ordinaire avec cette différence qu'un tube interne 124 est inséré dans la partie supérieure du tube générateur, fait saillie de 5 à 10 centimètres ou davantage et est relié par le collecteur supérieur au tuyau de sortie de vapeur 20 Le tube 124 possède préférablement un diamètre:
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tel qu'on obtient un orifice annulaire étroit entre ce tube et les parois du tube générateur.
L'eau est refoulée dans le collecteur 13 par la pompe 11 de la manière usuel- le et passe par 1* orifice annulaire dans le tube générateur
3 en formant une pellicule. la vapeur engendrée à l'inté- rieur du tube-pellicule sert par le tube 124 De préférence, il convient que les éléments générateurs aient un diamètre un peu plus grand que les éléments La Vont si ceux-ci doivent travailler à une puissance élevée, dans le but d'empêcher la pellicule d'être rompue par un courant in- tense de sapeur.
La. f ig.31 est un détail montrant un type de paroi d'eau dans lequel l'eau est refoulée de bas en haut à l'intérieur du tube, soit sous forme diurne masse solide, soit sous forme d'une pellicule, et dans laquelle la vapeur engendrée est refoulée de haut en bas à l'intérieur du tube * La pompe 11 refoule l'eau dans le tube externe 126 qui est fermé à sa base et qui est muni du tube interne 125 s'élevant d'un collecteur inférieur eu collée teur de vapeur 127 à l'intérieur du tube 126 pour débou- cher dans le collecteur supérieur ou séparateur de vapeur 33 où il fait normalement saillie au-dessus du niveau d'eau dans ce collecteur* L'eau s* élève dans le tube et eat refoulée dans le cellecteur supérieur 23
avec la vapeur engendrée. La vapeur est mise en liberté dans le collecteur et revient du sommet par le tube 125 au collecteur de vapeur 127 L'eau non vaporisée revient à la pompe 11 par le tuyau 119 L*invention a été décrite particulièrement et en détail relativement à des parois d'eau et à des chau- dières à paroi d'eau employant l'eau comme agent réfrigé- rant et agent de production de vapeur. Toutefois, l'inven-
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tion n'est limitée en aucune façon à l'emploi d'eau et com prend Inapplication de tout autre liquide convenable.
Par exemple $ dans certains cas., il peut être désirable d'em ployer du mercure ou un liquide à point d'ébullition élevé analogue, et un tel liquide à point d'ébullition élevé peut être employé très avantageusement dans les tubes de paroi deau qui sont situés très près de la source de chaleur et qui peuvent être portés à dea températures très élevées. * La chaudière à paroi d'eau employant du mer- cure à haute pression peut être complétée par une chaudière ordinaire employant de 1*eau ou par une chaudière La Mont employant de l'eau les diverses combinaisons de chaudières et de parois d'eau employant différents liquides peuvent être adoptées et font partie de la présente invention.
Les formes de réalisation de l'invention sont représentées sur les dessins schématiques, qui montrent le principe de l'invention appliqué à diverses chaudières typiques. Bien entendu. dans une installation particulière quelconque,. les caractéristiques de construction devront être adaptées à l'installation et aux conditions de tra vail, et lea divers accessoires communément employés, comme par exemple les épurateurs d'eau, les "points lents" les divers types de pompes d'injection d'eau d'alimenta tion ou d'njecteurs de vapeur, etc. seront nécessaires dans certains cas et l'invention ne doit pas être consi dérée comme limitée aux schémas représentés. Au contraire, il est évident pour l'homme du métier que, dans l'installa- tion des parois d'eau et chaudières suivant l'invention, il y aura lieu d'adopter les dispositions usuelles
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IMPROVEMENTS TO WATERWALLS AND WATERWALL BOILERS.
This invention relates to water walls and water wall boilers of the kind sometimes employed to constitute one or more of the walls or screens of a heating chamber, and more particularly to the type of heating chamber. water wall employing relatively small water pipes and providing positive circulation *
The heating chambers of furnaces or fireplaces of all types, both combustion and electric, present the very serious difficulty of insulation or
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protection against heat, since the temperatures of the gases developed in the heating chamber and also the radiant heat of the gases or incandescent solids frequently reach an extremely high value, above 16,500 C. in many cases.
The walls of the furnaces are usually made from refractory materials such as refractory brick, which materials are generally relatively poor conductors of the. heat. As a result, the temperature of their surface and their wall is excessively high during operation due to conduction, convection and radiation and can, in many cases, be very close to the maximum temperature of the unit. gas in the oven or even exceed this temperature when the radiant heat is very large. In order to protect the walls, it has already been proposed to insert a considerable surface cooled by water either in front of the walls, or partly in these walls.
This forms the "water wall * whose role is to absorb a sufficient amount of heat to prevent serious damage to the walls or walls of the furnace or fireplace and, in the case of water walls and combined boilers * the Total efficiency can be increased to a very great extent and the heat lost by radiation from the walls of the furnace can be used extensively for steam generation.
The fundamental principle of the means consisting in providing a wall cooled by water is that one intercepts more or less completely the heat of the furnace and that one protects the walls, and this principle remains the marl, that the water which is in the ducts is simply heated, or some or all of the water is converted into steam; however,
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in practice, the use of a water wall as a boiler presents numerous difficulties which the direct water wall does not present.
The walls of water playing only the role of protecting the walls of the heating chamber are obviously necessary in the first place in the heating chambers in which the heat developed and in particular the radiant heat, is very high * However, when the water wall is used to generate steam, i.e. is a water wall boiler the total efficiency of the installation increases, whether the walls of the heating chamber require or not. 'be protected.
Thus, it may be desirable to have a water wall boiler in a heating chamber in which the temperatures and amounts of heat are not sufficient to damage the walls, and it will be appreciated that the present invention , as it relates to water wall boilers. is in no way limited to applications where very high temperatures prevail in the heating chamber.
Bans the walls of water as in the boilers with water wall which had been proposed until now and which, in general, consist of water tubes embedded in the walls of the hearth or arranged in front of the said walls, no means had been provided to ensure a positive mechanical circulation and it was hitherto relied on the convection circulation due to the heating of the water * The result was relatively unsatisfactory in many cases because he was very
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difficult to produce effective circulation in structures that have been used so far.
The object of the present invention is to improve water walls and water wall boilers either by themselves or in combination with various types of boilers, superheaters and other devices, and to avoid large amounts of water. many of the disadvantages which heretofore have been inherent in water walls and water wall boilers. Other more particular features of the invention reside in numerous improvements to the structures of water walls and water wall boilers and in their combinations with various types of motive power boilers.
In view of accomplishing these and other objects, the main feature of the present invention is a water wall or water wall boiler structure or arrangement which comprises a positive and mechanically actuated circulation device for ensure regular and continuous circulation in the water pipes of the water wall or the water wall boiler.
The positive circulation can be either upwards or downwards in the ducts of the water wall or water wall boiler. Steam and water can move in the ducts or in the same direction, either in opposite directions, for example steam from bottom to top and water from top to bottom or water from bottom to top and steam from top to bottom. Although these four types of motion are included in the present invention, it has been found that for most applications it is desirable that water and water. steam move in the same way)
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and a downward flow of both steam and water is type: Most desirable for ordinary installations.
This type of current is the preferred type and has many advantages. For example, the distribution of steam and water in the conduits can be regulated very exactly, and the tendency to produce a geyser action, as is the case when steam and water move in the same. led from bottom to top, is at most very weak. The entrainment of large gaper bubbles is also minimized by the downflow and, for most installations, especially those involving heating chambers at very high temperatures, it is preferable to use a dc current. water and steam directed downwards.
This mechanical circulation of the present invention can be a combined installation in one device with the water wall or the water wall boiler or can be part of the general mechanical circulation of a power boiler or other type. ordinary boiler incorporated in the oven or fireplace to be cooled.
Of course, unit circulation installations can be established connected to boilers which are not mounted in the same furnace structure as a water wall, and other modifications will become apparent from a more detailed description of the above. The invention, although generally, the present invention comprises water walls and water wall boilers provided with positive circulation, mechanically operated independently of the structure of the water wall members,
it has been found that a particularly efficient water wall can be constructed by making the individual water pipes or tubes so that they function.
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like film tubes in a manner analogous to that described for the steam generator described in the earlier Belgian patent? 290,134 of August 9, 1920.
Various gradations between the water walls in which the tubes are constantly filled with water and true film-tube water walls can be constructed and are included in the present invention. For example these constructions can be analogous. to those employed, in. instant and semi-instantaneous vaporization water tube boilers. The Applicant considers that the tube-film water wall in which water derived from an upper body or header is introduced into the tubes so as to form a film under the influence of gravity is the most suitable type. most efficient and desirable, and this type of water wall is the preferred embodiment of the invention.
The film-tube type of water wall is particularly effective in combination with other boilers and when the water wall is used as a steam generator.
The construction and arrangement of the water tubes or conduits to constitute the water walls of the present invention are susceptible to many modifications for many different shapes of furnace heating chambers and for many working conditions. different. It is desirable in high temperature fireplaces to protect the water walls as completely as possible from radiant heat. This is also very desirable when the water wall is employed as a water wall boiler, being
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since the efficiency is thus increased since the heat which simply raises the temperature of the walls of the fireplace is lost to a great extent.
In other constructions, as for example in reflective or reverberating arched heating chambers such as those employed in certain models of metallurgical furnaces, it may be desirable to allow a considerable part of the radiant heat, and even of the heat. gas, to strike the reflective vault.
Thus, for example, in the case of the vaults of crucibles employed in the manufacture of optical glass, it is desirable to reflect much of the radiant heat of the vault onto the. optical glass surface cooling. In installations of this kind, the water wall can be embedded in the wall itself, the cooling employed being just sufficient to prevent the disintegration of the wall structure.
However, in most cases, as stated above, the protection should be as complete as possible and for this purpose the tubes should be placed so close to each other that they have only insignificant openings, or arrange tube bundles in two or more layers that are staggered so that the tubes of one layer are behind the openings of the front layer * Tubes can also be provided with fins;
to increase the protective effect as well, as the efficiency of absorption. The drawings show a series of such possible constructions and many of the embodiments are easily conceived for one skilled in the art and are within the scope of the present invention.
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In water wall constructions in which the tubes are embedded in the furnace wall, the cooling effect produced on the surface of the wall is determined not only by the number and spacing of the tubes but also by the thickness of the furnace wall between the tubes and the heating chamber and by the generally low conductivity of the wall.
Furnace walls can be constructed with an exactly predetermined wall thickness of the wall lining the water wall tubes the thickness being just sufficient to produce enough cooling to prevent weathering of the wall surface. It is not necessary, in most cases, to determine the desired thicknesser with great accuracy, and for many installations it will suffice to place a Abat wall above the tubes, the thickness of which is greater than the one ultimately desired.
When operating the oven or fireplace. the wall heats up and burns until the thickness has been reduced to the point that the cooling effect of the tubes balances the heating effect of the furnace, the wall then ceasing to crumble. It will be noted that when it comes to the water wall, the invention is not limited to the most commonly used constructions in which only the side walls of the heating chamber of the furnace are provided with protective tubes or On the contrary, the invention comprises, in addition to the protection or cooling of the side walls,
the arrangement of screens of tubes at the top or at the base of the heating chamber of the furnace in order to absorb as completely as possible the radiant heat developed. This arrangement of horizontal or inclined screens or water walls can obviously vary between
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great limitations, and the examples shown are simple examples of several important embodiments, many other structural arrangements of screens, easy to design for a person skilled in the art, falling within the scope of this invention.
Many hearth or oven chambers are asymmetrical from the point of view of heating,
so that some walls or wall surfaces can receive a much greater amount of heat than others located in the same heating chamber. Of course, the water walls of the present invention should be set to match the heat distribution regardless of the particular shape or construction of the heating chamber to which they may be applied. The tube combinations can be modified in many different ways to make the best use of the heat absorbed. Thus, for example, an oven or hearth may contain a wall of water which is in part a cooling wall and in part a steam generator.
In this way, for example, water vapor can be generated in the tubes which shield or are embedded in the maximum temperature portions of the walls while the tubes serving as screens for the relatively cooler walls can be employed. to heat water for food or other purposes or to behave like superheater tubes for superheating steam. The reverse arrangement may be desirable in some cases. The number of embodiments which it is possible to give to a simple water wall is very large and only a few have been shown, since the construction must necessarily be suitable for a water wall. heat distribution
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particular of the heating chamber to be protected.
Thus, it is understood that the particular structures indicated are only examples of some of the possible structural embodiments which the present invention is capable of accommodating.
Uneven heat distribution in a heating chamber may and usually does require an asymmetrical arrangement of water wall tubes or an asymmetrical work of such tubes * Thus, for example, the hotter wall can be protected by a large number of tubes or by a thickness of tubes greater than the walls which are not exposed to a large amount of heat,
or a similar effect can be obtained by varying the water supply so that the tubes in the hottest area can vaporize a greater amount of water than the tubes in the hottest parts. the coldest of the sone. You can also use a combination of these methods *
The speed of water circulation should be in proportion to the heat delivered to various parts of the walls, and this can be done with a single circulation pump by a suitable arrangement of pipes of various diameters,
by adjustment using shutters or by using several pumps of the same capacity or of different capacities * Water level indicators or other means of adjustment the control of which is proportionate to the evaporation or heating in particular sections of the water wall can be used to vary the speed of circulation or the quantity of water delivered to the respective sections., The adjustment combinations are obviously very numerous and one does not shown only a small number in the drawings,
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it being understood that they do not limit the invention.
The preferred type of water wall comprising water film tubes of the La Mont type is capable of accommodating many embodiments, particularly when the water wall is also employed as a boiler. The La Mont units have upper and lower collectors connected by tubes with orifices where they connect to the upper body in order to distribute or positively direct the water from the upper body to form films on the surface. inner surface of tubes) can be arranged in many different ways.
The parai le, normal or customary tube tray can be used as a single protective layer and a series of trays can be used to form a wall with several layers, which may or may not be staggered. The tube-film construction is also likely to be in the form of multi-layered trays having common upper or lower bodies or having a common upper body with a series of lower bodies, or vice versa.
The upper bodies of the water wall can be supplied with water by an individual unit pump, for the water wall or water wall section, or by the inaction of gravity deriving water from a second boiler of water. any type located at a higher level or even by a combination of these means * The circulation can be modified by suitable adjustments of the water level in the lower bodies where. the steam separates from the water or by any other suitable control means.
Feed water can be introduced cold or hot to any part of the system
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circulation, and suitable means may be provided for depositing solids introduced by the feed water, for example "slow spikes" and other processes. The feed water can be heated in bodies. separate feeds or in economizer tubes, in other parts of the furnace or in parts of the water wall which are not used to produce steam.
A combination of these feedwater systems can also be employed and many and various combinations of regulators can be incorporated, either automatic or semi-automatic. These adjustments can be made using different levels. * water provided in various parts of the system, by a steam discharge or by any other suitable means. The circulation pump (s) can take water directly from lower bodies, separate pump tanks, etc.
The pressures of the steam generated in the various sections of the water wall boiler may be the same or different, and various shutter-controlled communication means may be employed to connect the steam outlets of separate individual sections of the boiler. water wall. when the water wall is used with other boilers, particularly those located in the same furnace construction, many arrangements are possible. For example, the water wall may work strictly as a unit and, if steam is generated, it may be used separately from the steam of the second boiler, and the steam intakes may be at very different pressures and qualities.
The independent water wall can work with a second boiler in the same construction of
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oven, so that while each has a fully independent water circulation, the steam uptake of the two can be combined.
Other possible combinations are the use of part or all of the water wall as a feed water heater to provide part or all of the water for the feed per second. boiler or parts of the water wall which generates steam, or both. Conversely. the sections of the sectional boiler can be set up as feed water heaters to supply part or all of the feed water for the water wall and various combinations in parallel or in series can also be employed and may be desirable in some instances.
The water wall can be combined with any type of boiler, and the water circulation of the two devices can be combined in many different ways. For example, a single circulation can be employed very efficiently especially where the second boiler and the water wall boiler are both La Mont film tube boilers. the water introduced into the water wall is then usually below the head of the boiler placed above, but in some cases when the second boiler is not located higher than the top of the water wall. water A second pump can be put in series between the second boiler and the top of the water wall and such a construction can also be combined with gravity feed.
Feed water
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tion can be introduced in one or more parts of the circuit and the quantity can be regulated by means of regulating devices mounted either on the motive force boiler, or on the water wall or on both.
The steam intake from the water wall can be partially or fully combined with the
Tapper of the second boiler, especially when these taps are subjected to the same pressure, and this can be achieved very efficiently by the use of a common superheater * Some or all of the steam from the wall 4 The water can be used separately from that of the second boiler. Thus, a saturated tap of relatively low temperature can be produced in the water wall and used for heating, while superheated high pressure steam can be produced in the water wall. the second boiler and used for motive power. Various other combinations can be made.
When a common circulation is employed for the second boiler and the water walls, the circulation can be in series, as described above, employing a gravity feed or a pump arranged in series between the boiler. motive power boiler and water wall. Parallel circulation can also be used, with or without regulators, to modify the relative distribution between the two devices. In some cases it may be desirable to take circulating water from an overflow of the second boiler, for example from upper bodies of a water tube boiler, excess water bypassed from the pump. circulation, being for this purpose delivered to said bodies.
In general, when common water circulation is desired
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for the second boiler and the water wall in series, water can be taken from any part or at any level of the prime mover boiler which may be deemed desirable in any particular installation *
Instead of combining a single water wall with a single boiler, several water walls or water wall boilers can be combined with a single boiler, or vice versa,
the preferred combination being particularly desirable when several metallurgical furnaces are operating in close proximity to each other and when the amount of steam required for motive power cannot be generated in water wall boilers alone.
Of course, the combinations are very numerous and all form part of the present invention *
Although a water wall to the boiler with a positive circulation water wall, and particularly a water wall or a water wall boiler with film tubes, can be combined with any type of boiler for matrix force , the combination of a water wall or film tube water wall boiler with a second film tube boiler has many advantages * This combination can consist of a series of separate units with a series of parallel water cir culatton means,
or a single compound unit can be employed in which long tubes extending to the bottom of the heating chamber behave like boiler tubes in their upper sections and like a wall-mounted boiler. water in their lower sections. Like His boilers at
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tubea-films are particularly effective with long tubes of small diameter, this combination is in many cases very desirable.
The role of all these tubes can thus be composite, or part of the tubes can behave like boiler tubes and a water wall, other tubes or tube trays. ' can be connected to act only as boiler tubes, or only as water wall, the combination obviously depending on the particular conditions of the installations and individual applications.
When use is made of boilers and integral water walls; or semi-integral with film tubes, it is generally desirable to provide a common water circulation, and it is frequently advantageous to provide a common upper manifold structure, with separate lower manifolds being provided for the boiler tubes. ; ' and for combined boiler and water wall tubes.
Bans these. integral or semi-integral installations, the vapor pressure is usually the same in all the tubes, although this is not essential and that separate or combined steam pipes can be provided from the lower manifold (s) *
Instead of employing long tubes acting as both boiler tubes and water wall tubes, a very efficient combination can be made by joining or combining the bottom manifold of the film tube boiler, with the upper glue of the corresponding water wall.
Thus, the steam is separated from the upper boiler in this
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manifold and excess water is forced back into the water tubes under both gravity and steam pressure. Special tanks can be provided for pumps, circulation instead of taking water from the lower manifolds of the prime mover or from the water wall and this is an advantage in many cases because thus obtains a more constant head on the suction side of the pump.
Other tanks can be provided in the circulation system and particularly between the pump and the upper manifolds of the motive force boiler in order to ensure a more constant head on these upper manifolds under the influence of gravity. * Many other combinations and construction modifications are possible.
In particular, the constructional details of the film-tube steam generators La are described in the aforementioned prior patent can be applied with advantage to plants established according to the invention.
Some heating chambers have a shape such as a water-tube or pele-tube boiler associated with these. chambers can play a double role, at least with regard to its tubes; lower, in that it behaves not only like a boiler but also like a water wall which more or less completely protects the upper wall or other of the heating chamber against radiant heat . In other cases, horizontal or inclined tubes can constitute a real water wall at the top of the heating chamber.
In these installations, a single series of tubes may be arranged very close to each other over the substantially entire width of the furnace heating chamber, but these tubes may
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be bent or staggered to allow gas to pass through any desired part and thereby absorb a very large amount of radiant heat while still allowing gas to pass through. Other constructions in which two overlapping layers are arranged as horizontal or inclined baffles play a similar role in that gas can pass through the curved path thus defined, while substantially all of the radiant heat is absorbed. .
Numerous other embodiments of tubes which can act in part as generator tubes and in part as a water wall protecting the top wall or the like of the heating chamber are possible and form part of the present invention.
When water walls according to the invention are combined with boilers either of the ordinary or of the tube-film type, the communication can be established by means of suitable valves or plugs so that 'the water wall and the boiler can be made to work either simultaneously with a common circulation or a common production of steam or individually with an independent circulation and with an individual or common steam production, or else of so that one or the other can be put entirely out of action.
Other combinations may be made using suitable shutter communications and it may be desirable to meet the requirements of certain facilities or working conditions. the invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings which show some of the many possible combinations within the scope of the present invention.
It is
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of course that the drawings only represent certain types of combination and do not limit the invention in any way *
In the drawings t
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B3g.l is a schematic section made through a heating chamber and a wall of water with tubes' - * films
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1 'Figs. 2 to 8 are horizontal sections of heating chamber walls showing various arrangements and types of tubes *
Fig. 9 is a schematic section of the heating chamber and the water wall and shows a combination of tubes, embedded and protection *
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3ig.lE? is a schematic sectional view of a fireplace showing a water wall boiler combined with a steam superheater.
Fig. 11 and 12 are partially broken planes of the upper and lower manifolds of the
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water wall fit, .10 * Fig * B3 and 14 are schematic cross sections of a fireplace and shown a combined water wall boiler ...
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Born with a single-pass water-bet tube boiler *, Fig) 15 is a schematic section of a fireplace and shows a La Mont film-tube water wall combined with a film-tube steam generator . The Mont.
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Figs. 16 and 17 are cross-sectional details of the upper manifolds of the film-tube water wall above and show the various constructions of injection ports. Figs. 1B, 19 and 21 are schematic cross sections of heating chambers showing water walls protecting horizontal walls as well as vertical walls.
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Fiv. 20 is a section of the lateral water wall. i.g.?.2 and 24 are details of the tube screens of fig. 19,
EMI20.2
Iig. 23 is a section of fig. 22 following 23-23.
Kg. 25 is a section of the tube screen of fig. 24, at right angles to the screen.
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g.2ô is a schematic sectional view of a La Mont film-tube water wall boiler combined with a fear generator.
EMI20.4
7.g.2! and 28 are schematic cross sections of water walls with upward flow of water and steam.
EMI20.5
Fig. 29 is a sectional detail through a tube and shows the external circulation of water walls similar to those of Figs. 24 and 25 but provided with injection holes.
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Fig. 30 is a sectional detail of a tube and an external circulation. showing a downward flow of water and an upward stream of steam.
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Pig * 31 is a sectional detail through a tube and circulation means, showing upward circulation of water and downward flow of vapor.
In these various figures, W designates a water level, B a drain pipe and? water supply.
In the water wall of fig.l, the wall of the heating chamber is shown at] and the fuel burners at 2. Two layers of film tubes 3 and 4 are embedded in the walls and are respectively connected.
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tively to the upper collectors 13 and 14 and to the 001- lower readers 23 and 24. JJeto11 upper sectors
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common 15 and common lower collectors 25 are connected respectively to collectors 13 and 14 and to collectors 23 and 24 A vapor separator 6 provided with a feedwater level regulator 7 is connected to the lower collector by pipe 8 Any vapor generated is removed through pipe 9.
The steam formed can also be derived directly from the lower common manifold 25 through a pipe 10 A pump 11 withdraws the water from the vapor separator 6 through the pipe 12 and delivers it through the pipe 16 to the upper manifold 15 which circulates towards the bottom continues through the * The water wall tubes. water wall shown is intended to be used as a direct water wall, i.e. it is not intended to be used primarily for the production of steam but only for cooling the walls of the oven with minimum water vaporization.
A water wall boiler is shown in fig. 9. The construction is similar to that of fig 8 The steam is separated in the lower manifolds 25.
24 as well as in the vapor separator tanks 6 and 26. The tubes 3 are shown inside the heating chamber, while the. tubes 4 are embedded in the wall * To vary the circulation in accordance with the different vaporization capacities of the two sets of tubes, the.
lower manifolds 23 of the internal set are connected to the vapor separator tank which is provided with the water level regulator. 27 This regulator actuates the shutter 28 and varies the quantity of water delivered to the main tank 6 which is in turn provided with a level regulator 2. varying the quantity of feed water admitted by a shutter 17 The piping 16 of the
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The pump is connected to the upper manifolds 13 and 14 by shutters 33 and 34. The latter is controlled by a pressure regulator 43 which is actuated by the pressure difference between the pipe 16 and the upper manifold 14 The pipe 18 provided with shutter 19 connects
1 * tap space from separator 26 to upper manifold 14 By this means, can pass steam through tubes 4 and cause them to act as superheaters, in which case shutter 33 is closed.
When both sets of tubes are operating at the same pressure. the shutters 33, 34 and 43 are open and the water from the pump circulates equally through the two sets of tubes. However, if as is frequently desirable, the.
tubes 1 must work at a lower pressure than tubes 3 the regulator is adjusted
43 for the proper pressure difference so that it achieves the desired pressure drop in the water passing through it to enter the manifold 14 and the pressure regulator automatically supplies water at the desired pressure to the manifold 14 the admission being proportional to the quantity -vaporized. When the two sets of tubes are working at the same pressure, the shutter 44 mounted on the pipe connecting the reservoirs 26 and 6 is open but when the different tubes are working at different pressures, or when the tubes 4 are working slowly as superheaters the shutter 44 is closed.
The arrangements of water-walled tubes are numerous and some types have been shown in Figs. 2 to 8. Fig. 2 shows a single layer of tubing embedded in a wall and spaced a considerable distance apart. from each other * fig. 3 and 4 show two layers which are
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offset in fig. 3 but not in fig. 4. Fig. 6 shows a layer of tubes, embedded in the wall and arranged very close to each other so that they practically touch each other * Fig. 5 shows a stepped arrangement of tubes in front of the wall of the heating chamber. Fig.7 and 8 show finned tubes; one layer behaves like a screen at the front of the wall and the other is embedded in the wall.
Of course, many other combinations and arrangements are possible and the invention is not limited to any particular arrangement of tubes *
The installation of fig, 10 shows two layers of tubes embedded in a furnace wall and connected to common upper and lower collectors 1 and 3 the steam is separated first in lower collectors 23 and, to a lesser extent. , in a collecting tank 6 * As it rises in, the pipe 20 the steam passes through a superheater composed of upper manifolds 21 and a lower manifold 22 out of which it escapes by a pipe 29 protected by a pressure valve. safety 30 * When it is not desirable to superheat all the steam generated in the water wall boiler,
part of the steam can pass through the tube 31 controlled by the shutter 32
The pumped circulation system is analogous to that in fig * 9 and can be fitted with suitable water level regulators to regulate the feed water inlet * The arrangement of the collectors 13 and 14 is shown in the fig.ll and 12 the first representing the upper manifolds. These are formed with an inner liner of approximately semicircular shape, as shown at 35 in fig.ll.
This che-
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internal layout has orifices 36 through which water is injected into tubes ¯3 and 4. A detail in section of this type of collector is shown in fig.16.
The tubes 3 and 4 are secured to the manifold 13 by expansion. Holes 37 and 38 fitted with plugs 39 and
40 allow the introduction of a dudgeon to build the collectors
The various collectors are connected by pipes, as shown clearly in fig. 11 and 12.
These pipes are shown open, so that the manifold screens are combined into one manifold *
This construction is desirable when all the tubes have to work out. the same vapor pressure or for the same: purposes. When a part of the tubes must be used to generate steam and another part to superheat and to reheat the feed water, or when certain tubes must be used to generate steam at pressures other than other pipes, the pipes may be fitted with suitable plugs and cen nexions to allow the operation of the various manifold sections independently. The glue ** ters 13 are provided with detachable caps 13 to allow the bushings to be removed: 35 without disassembling the manifold assembly.
Water walls can be combined with various types of boilers * Two water tube types are shown in fig. 13 and 14 and a La Vont film-tube boiler is shown in fig. 15
Various combinations of water circulating means can be employed and only a few are shown in the drawings. In fig. 13 the water wall boiler is made to work as a unit and
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this boiler has substantially the same construction and operates substantially the same as the wall
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of water in fig. 10.
Of course, the shape is different because of the different shape of the heating chamber made necessary by the different heating mechanism which combines a grid loader 40 with the usual ash discharge device 41.
The boiler shown is a single passage water tube boiler fitted with 45 and 46 bodies
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connected to tubes, water 4S * A steam body 47 communicates with a steam pipe 50 which is connected to the steam pipe 20 of the water wall. Suitable shutters
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51 '.tt.ë! are designed to regulate the steam exhaust.
A separate feed water heater is provided for the water tube boiler and consists of 55 tubes with corresponding manifolds the water wall boiler and the second steam boiler work fully independently except
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that their vapor intakes can be combined if desired.
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Fig..4 shows the combination of the water wall with a single-passage water tube boiler of a type similar to that of fi.g.l3 but in which means are provided for combine all or part of the
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water circulation for the two boilers. The water wall boiler is divided into two parts, a relatively short rear part composed of tubes 2 and 4 and manifolds 13 and 23 and a relatively short front part.
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long composed of tubes 56 and, v57 and manifolds 53 and 54 * The water tube boiler is of similar construction to that of fig.1.3, but. the upper body 45.
is fitted with a level 58 regulator and an overflow pipe
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full 59 The main circulation pump 11 circulates the water directly through the manifold 13 and the heads 3 and through the pipes 16 60 and 61 controlled by plugs 62 and 63 or the circulation can be established through the pipes 55 from the heater in the body 45 and through the overflow pipe 59 and the regulator
64. Hose 60 may also deliver water directly to manifold 53 or feed water for that manifold may be diverted from the overflow through pipes 59 65 for delivery to pump 66. who the. delivers to the pipe 67 The pump 66 can also;
, be fitted with a bu pass 68 controlled by a shutter 69
In this operation, the two shutters 70 and 71 of the pump are closed. The Tapeur socket, as in the case of fig. 13 can be combined with that of the regular boiler *
Water circulation in series through the main boiler and the water wall can be accomplished in two ways. If the shutter 133 is closed and the shutter 134 open, the water flows through the preheater 55 to the lower body 46 and from there to the water walls. However, with the shutter 134 closed and the shutter 133 open, the water rises from the body 46 to the body 45 and goes down through the pipe 59.
In the latter case, the positive circulation provided by the pump helps to circulate the water in the main passage of the water tube boiler as well as in the preheater *
When shutter 72 is open, which circulates water through manifold 55, the current is controlled by the water level 58 by means of a shutter 73 and this regulates the flow both in. Boiler
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in water tubes than in the water wall boiler.
The boiler of fig. 13 is preferably provided with the superheater 74 and the outlet pipe 73. By opening the shutter 51 and closing the shutter 52 the saturated steam from the water wall boiler passes together with steam from the water tube boiler through the superheater.
When the shutter 51 is closed and the shutter 52 open, the superheated steam from the boiler µ. water tubes are delivered through pipe 75 while the saturated steam from the water wall boiler is delivered through the * shutter sa * The overheater can also be turned off, saturated steam being delivered out of the two boilers by closing the control shutter 76 of the superheater and opening the two shutters 51, 52 The feed water is introduced into the water wall circulation by the shutter 17 and into the tube boiler d water through the shutter 78 and the pipe 77
In the variant of fig. 14,
feed water. tation is introduced into the water wall circulation system through the shutter 17 in the usual manner. Additional feed water intended for the water tube boiler can be introduced through pipe 77 and shutter 78 if necessary in addition to the water circulated using pump 11:
or, if the shutter 72 is closed, the feed water can be introduced into the heater 55 without having been mixed with water derived from the pump 11.
In both cases, the introduction of water is regulated by the shutter 73 receiving its command from the water level regulator 58 The additional feed water intended both for the water wall boiler and the water tube boiler can be introduced through the
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pipe 78 by closing the shutter 79 'regulating the feed water so that it does not enter feed water into the pump circuit 11 The proportions between the feed water from both sources can
also be modified by a suitable adjustment of the shutters 78 and 79
Therefore) in the installation of fig. 14, the water wall boiler can be made to work as an independent unit without connection with the water tube boiler or it is possible to give both boilers a common circulation with separate feed water inlets, or common circulation with a single feed water inlet. steam production can be combined either for saturated steam or for superheated steam, or saturated steam can be delivered by the water wall boiler while the superheated steam is delivered by the tube boiler d 'water.
Other combinations can be made by a simple arrangement of plugs and tubes and may be desirable in some instances.
Fig. 15 shows a film tube water wall boiler combined with a film tube steam generator. This combination has been found to give the best general results for most applications and to constitute the preferred embodiment of the present invention.
The construction of the water wall is similar to that of the previous figures, being composed of collectors 13 and 23 connected by tubes 3 and 4 The La Mont steam generator is similarly provided with collectors 83 and 84 connected by tubes 80. The water level in the lower manifold is controlled by a level 81 regulator which
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regulates the quantity of feed water admitted by the shutter 82 in series with the control shutter 17 by the level regulator 17 The lower collector
84 of the steam generator is connected to the upper manifold-13 of the water wall boiler,
and the water circulation pipe 16 communicates with the upper manifolds 83 of the steam generator 6 The water circulation is thus in series, * first through the steam generator, then through the wall boiler. water. The steam separates in the lower manifold 84 and leaves through the pipe 85 controlled by the shutter 86. The steam leaves the water wall boiler through the pipe 20 controlled by the shutter 86 A bypass 87 forces the The water from the lower manifold 84 to bypass the water wall boiler when the water circulation and vaporization of the steam generator is much greater than that of the water wall boiler.
Of course; instead of series circulation, separate circulations can be provided for the water wall boiler and the steam generator, or one may be employed as a superheater and the other as a steam generator, or one as a feed water heater and the other as a steam generator.
Other combinations can easily be effected by suitable arrangement of pipes and plugs to effect the desired communications. Any of the ordinary types of La Mont manifolds may be employed. In Fig. 13 described in relation to Fig. 11 there is shown an inserted bushing having spray holes which are necessary to produce a uniform distribution of the water. so as to constitute a pelli cule 1- * inside the tubes.
Another simple type of orifice
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is represented. in fig 17 in which the plug 88 having the small orifice 89 is substituted for the sleeve
35 and port 36 of Fig. 16 These two details are merely examples of the many types of ports which may be adopted in la Mont manifold constructions and they do not in any way limit the invention to constructions and fittings. provisions of injectors represented.
The lower manifold 84 is provided with a lower water level regulator 132 which actuates the shutter 131 of the bypass 130 conducting water from the upper manifold 83 to the lower manifold. When the water wall boiler takes water from manifold 84 faster than manifold 84 receives in normal series circulation, the water level drops, and when it drops below. below the level of regulator 132 the shutter 131 opens and a sufficient quantity of water is diverted through the bypass to maintain the level in the lower manifold * This. prevents water supplied to the tubes of the water wall boiler from failing.
When heating chambers are surrounded on four sides by walls or walls, these four walls can be protected by water walls or water-walled boilers according to the invention * Figs. 18 to 20 represent the various types of installations of this nature. In fig. 18 In addition to the vertical water walls formed of tubes 3 and 4, a water wall composed of tubes 93 is mounted in a slightly inclined position to protect the top of the heating chamber 88 Headers 95 and 96 are mounted. incorporated into the upper water wall and are connected by pipes
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97 and 98 at the water inlet and steam outlet ports of the vertical water walls, respectively.
A lower wall, composed of tubes 100 of an upper manifold 101 and a lower manifold 102 constitutes a water wall for the lower end of the heating chamber * The lower manifold 96 is connected to the lower manifold 102 by a pipe 99 and the lower glue * tor 23 are connected to 102 by a pipe 103.
The upper manifold 101 is in turn connected to the water circulation system through the pipe 104 The steam from the manifold 102 escapes through the steam pipe 20 which also receives the steam from the manifold 23 through the pipe 105 e A common circulation established through all the collectors is controlled by the water level regulator 7, which regulates the quantity of feed water admitted by means of shutters 17 in the usual manner * One of the side water walls is shown with the manifold or upper body 106, the lower manifold 107 and the tubes 108.
The circulation water is taken from the circulation pipe 16 through the pipe 109 and the steam joins the common outlet pipe through the pipe 110 which communicates with the pipe 105 from the lower manifolds 23 Of course, instead of providing a circulation. Common in parallel through all the collectors, one can provide separate circulation systems or establish series circulation through one or more units. Such combinations will be obvious to those skilled in the art.
It can be seen that the walls of the heating chamber are completely protected against radiant heat and heat due to convection, a small fraction
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only, especially the flue 111 noting protected by a wall 2 The total efficiency of the installation can be very high due to the low heat loss through the walls of the furnace.
Fig. 19 shows a heating chamber similar in shape to that of fig. 18 but shows a more efficient way of locating the La Vont film tube side wall boiler and also shows a more complete protection of the oarnau. In general, the water wall construction is analogous to that of fig.
18, except that the upper water wall is composed of very tight tubes 93 which are however offset in the part which coincides with the duct 111 to allow the free passage of gas through the duct.The offset part is shown at 94 and the detail of the construction of the tray is shown in fig. 21 Circulation in the water wall is established in parallel as in fig.
18
The side water wall, made up of collectors 106 and 107 and tubes 108 is a horizontal or inclined La Mont wall, instead of being vertical as in fig. 18 The inclined tubes of fig. 19 are longer. than the vertical tubes of Fig. 18 and are therefore more efficient since, in general, the La Mont film-tube generator is more efficient with relatively long tubes. The parts have been designated by the same references as in fig. 18 and the communicatins provided for steam and water are similar, except that, instead of providing a single steam pipe 110, two steam pipes are provided. , one for the lower manifold 23 The other for the manifold 96.
The water
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in excess is led to the manifold 102 by the pipe 112 the operation is the same as in the water wall boiler of fig.18, but the efficiency is much. higher! because, in addition to the fact that the tubes
The mounts are much longer, and therefore more efficient, the heat loss from the gases rising to the chimney and the small amount of radiant heat which can reach the walls of the chimney are considerably reduced due to that the open part of the water wall 94 intercepts much of this heat, since the gases as well as the radiant heat rising in the chimney must pass over the tubes 94.
When an even higher efficiency is desired, a double top water wall can be provided as shown in fig. 21, which schematically shows one way of arranging the water wall - and in which there is no did not represent tubular communications. These are the same as in the previous figures, that is to say they ensure the circulation in parallel in all the water walls.
The highest of the upper walls is made up of the collectors 95 and 96 and the tubes 93 and covers the upper wall up to the chimney as in fig. 18 A second wall of water, placed some distance below, of the higher, is provided with manifolds 113 and 114 connected by. tubes 115.
This wall runs from the far side wall to a point a good distance beyond the carnau and the two walls can thus be considered to be a baffle duct so that most of the gas passing over the boiler tubes is obliged to pass either through or around the walls of water which
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are composed of tight tubes as in fig. 24.
The overlapping water walls form an almost ** than complete screen for radiant heat, and the even longer path of the gas further lowers the temperature of the exhaust gases which rise in the flue and increases by a the efficiency of the installation.
Instead of using all the walls of water as steam generators. the top water wall composed of tubes 93 which wall is hardly exposed to radiant heat and comes into contact with partially cooled gases, can be employed as a superheater or as a feed water heater.
Other combinations can be made by a simple modification of the piping and working conditions.
In the water wall and boiler installations shown in the previous figures, the water wall and the steam generators are separate units. This construction is very flexible and is very desirable in many installations, particularly where water walls and water wall boilers are combined with ordinary types of boilers.
When La Mont type film tube boilers are employed, a very effective modification can be made to the present invention by employing the La Mont tubes, or a part thereof, as the steam generator tubes and the wall tubes. combined water. This construction is shown in fig. 26 in which the steam generator is provided with an upper manifold 83 and tubes 80 which, in their upper part, are born generator tubes which, in their lower part ,
as shown in 113 can be considered as combined generator and water wall tubes *
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The lower collectors 84 collect the steam generated and separate it from the water The steam comes out through the pipe
85 set by the shutter 86 and the water is circulated in the usual way by the pump 11 and the pipe 16. The feed water inlet is regulated by the water level regulator 7 actuating the shutter 17 of the feed water pipe.
Due to the fact that La Mont tubes = films are preferably relatively small and long and can be easily and efficiently bent to various shapes, these tubes are particularly suited to. combined jobs as steam generators ... and water wall tubes. The resulting structure is very simple and compact and for many installations, especially where space is expensive, this modification of the invention is very important.
In fig. 26, which is schematic like the other figures of. The drawings show all of the boiler tubes entering the heating chamber such that each of them constitutes a combined generator tube and water wall tube. However, for many applications it is desirable to employ a greater number of direct steam generator tubes than water wall tubes, and it may be desirable to adopt the contrary arrangement in some cases. If some of the boiler tubes do not behave like water wall tubes, one or more separate lower manifolds should be provided for them.
If more water wall tubes are required than boiler tubes, separate top headers will be provided for the excess water wall tubes.
The circulation can be in series, in parallel or in series-parallel. All tubes, both boiler and water wall tubes and integral generators, can be
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used for steam production, or some of the tubes may be used for superheating and others for reheating the feed water.
Of course, the necessary connections will be obvious to those skilled in the art.
Figs. 27 and 28 represent: water wall boilers with reverse circulation, that is to say an upward circulation of water and steam in the water wall tubes.
The water is delivered by the pump 11 through the inlet manifolds 13 and from bottom to the top inside the tubes 3 The steam and water separate in the manifolds or outlet body 23 The steam s The steam escapes through the steam pipe and the unvaporized water returns to the pump through the pipe 119. A trap 114 communicating with the drain tube 115 collects any water which may have been entrained by the steam and returns it to the circulation. The boiler can also be emptied by closing the shutter 116 of the steam piping downstream of the trap. This construction is shown in fig. 27.
The circulation is controlled by the water level 7 actuating in the usual manner a shutter 17 mounted on the supply pipe,
Fig. 28 shows a construction which somewhat resembles that of fig. 27 but which is provided with a steam tank 6 into which part of the water and the steam arriving from the exhaust manifolds 23 is delivered and separated,
the water returning through the pipe 121 to the pump 11 The communication between the exhaust manifolds 23 and the tank 6 as well as the communication between the pump and the tank can be closed by closing the shutter 118 mounted on the pipe 117 and closing
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also the shutter 122 mounted on the pipe 121. The return of the water is then made exclusively through the pipe 119 directly to the pump.
When it is desired to circulate all the water through the tank 6, the shutter 120 is closed and the shutters 118 and 122 are opened, after which all the water is forced from the exhaust manifolds 23 to. circulate through the vapor separation tanks 6 and then go through the pipe 121 to the pump. A steam trap 114 with a drainage pipe 115 is provided on the steam pipe downstream of the separation tank. Baffles 128 are preferably incorporated; to the upper collectors to effect a more complete separation of water vapor and: Water.
Fig. 29 shows a tube and the water circulation of a water wall similar to that of fig. 27 but represents a tube-film water wall. The construction is the same as that of Fig. 27 except that an injection orifice or nozzle 123 is incorporated in the inlet manifold 13 and determines the formation of a film of water at the inlet. interior of tube 3 Preferably, the tube will be small enough for the film to adhere effectively to this tube. fig. 30 is a similar detail of the tube-film water wall in which the film descends along the tube as the vapor rises inside the tube.
The construction closely resembles an ordinary La Mont element with the difference that an inner tube 124 is inserted into the top of the generator tube, protrudes 5 to 10 centimeters or more, and is connected through the top manifold to the outlet pipe of vapor 20 Tube 124 preferably has a diameter:
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such that a narrow annular orifice is obtained between this tube and the walls of the generator tube.
The water is delivered to the manifold 13 by the pump 11 in the usual manner and passes through the annular orifice in the generator tube.
3 forming a film. the vapor generated inside the film tube is used by the tube 124. Preferably, the generating elements should have a slightly larger diameter than the La Vont elements if the latter are to work at a high power, for the purpose of preventing the film from being ruptured by an intense current of sapper.
Fig. 31 is a detail showing a type of water wall in which water is forced upwards inside the tube, either as a diurnal solid mass or as a film, and in which the vapor generated is discharged from top to bottom inside the tube * The pump 11 delivers the water in the outer tube 126 which is closed at its base and which is provided with the inner tube 125 rising from a lower manifold had vapor collector 127 inside the tube 126 to open into the upper manifold or vapor separator 33 where it normally protrudes above the water level in this manifold * The water s * raises in the tube and is pushed back into the upper cell 23
with the steam generated. The vapor is released in the collector and returns from the top through the tube 125 to the vapor collector 127 The non-vaporized water returns to the pump 11 through the pipe 119 The invention has been described particularly and in detail in relation to walls. water and water wall boilers employing water as a refrigerant and vapor generating agent. However, the invention
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tion is in no way limited to the use of water and includes the application of any other suitable liquid.
For example, in some cases it may be desirable to employ mercury or a similar high boiling point liquid, and such a high boiling point liquid can be employed very advantageously in water wall tubes. which are located very close to the heat source and which can be brought to very high temperatures. * The water wall boiler employing high pressure mercury can be supplemented by an ordinary boiler using water or by a La Mont boiler employing water the various combinations of boilers and water walls. employing different liquids can be adopted and form part of the present invention.
The embodiments of the invention are shown in the schematic drawings, which show the principle of the invention applied to various typical boilers. Of course. in any particular installation ,. the construction characteristics should be adapted to the installation and the working conditions, and the various accessories commonly used, such as for example water purifiers, "slow points" various types of water injection pumps steam supply or injectors, etc. will be necessary in certain cases and the invention should not be regarded as limited to the diagrams shown. On the contrary, it is obvious to a person skilled in the art that, in installing the water walls and boilers according to the invention, it will be necessary to adopt the usual arrangements.