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"Procédé de génération indirecte de vapeur par vapeur de chauffage surchauffée . "
La présente invention concerne la génération indirecte de vapeur par vapeur de chauffe surchauffée, traversant des éléments de chauffe situés dans le réservoir de va- porisation et cédant la chaleur au contenu du vapori- sateur. Dans les procédés connus jusqu' présent il est nécessaire que la vapeur de chauffage se trouve à son entrée dans un élément de chauffe à un état tel (pression et température) qu'elle puisse céder pendant la traversée de l'élément de chauffe la chaleur nécessaire à la vapori-
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sation du contenu du réservoir sous forme de chaleur de surchauffe et de chaleur de vaporisation et, le cas échéant, également sous forme de chaleur de liquide.
Ces conditions imposent des limites déterminées à la réalisa- tion du procédé connu. En règle.générale, il est néces- saire que la pression de vapeur de chauffage soit supé- rieure à celle de la vapeur à engendrer, car ce n'est qu' cette condition qu'on peut communiquer à la vapeur de chauffage la chaleur totale nécessaire. L'invention a précisément pour objet d'indiquer un moyen permettant d'arriver à la génération indirecte de vapeur sans que la condition précitée soit satisfaite, et de montrer qu'il est au contraire possible d'utiliser une vapeur de chauffage de pression quelconque, spécialement à basse pression tout en engendrant de la vapeur motrice de toute pression voulue ,allant, le cas échéant, jusqu'à la pression critique.
A cet effet, on fait passer la vapeur de chauffage surchauffée, afin de réaliser une transmission de chaleur répétée au contenu du vaporisa- teur,alternativement par des éléments de surchauffe chauffés de l'extérieur et par des éléments de chauffage disposés dans le vaporisateur. La particularité du pro- cédé, selon l'invention, consiste en ce que le véhicule de chaleur est formé par la vapeur de consommation qui, sur son chemin du générateur vers l'endroit d'utilisa- tion ( machine, échangeur de chaleur) passe par les étages de chauffage et dont la pression est supérieure à la pression de marche de l'endroit d'utilisation d'une quantité suffisante pouque la chute de pression ainsi réalisée détermine l'écoulement de la vapeur de chauffage par les étages de chauffe,
Le nouveau procédé n'a donc pas besoin ni de dispositifs spéciaux (pompes de circu- lation) pour faire passer l vapeur de chauffage par
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les éléments de chauffe, ni d'une réfrigération poussée ' de telle sorte que la traversée des éléments de chauffe soit assurée par la différence des poids de la vapeur de chauffage dans le conduit d'amenée et de l'eau de condensation de chauffe dans lé conduit d'évacuation.
Le nombre d'étages de chauffe est déterminé dans chaque cas particulier suivant les conditions imposées.
Si l'on se propose, par exemple ,d'engendrer la vapeur à haute pression à 50 atmosphères en employant comme vapeur de chauffage la vapeur surchauffée à 475 à 17 atm.abs. que l'on prélève, par exemple, sous forme de vapeur saturée à une installation de chaudière existante le nombre d'étages de chauffe se détermine de la manière suivante:
La chaleur totale de vapeur de chauffage à 17 atm. et 4750 est égale, d'aprs le diagramme IS,à 815 kcal/kg. De cette chaleur totale est disponible la chute de chaleur jusque la chaleur totale de la vapeur de chauffage à la température de saturation de la vapeur à engendrer . 50 atm., c'est-à-dire environ. 263 , en admettant d'abord que la vapeur de chauffage se refroidie jusqu'à cette température.
Cette chaleur totale est égale d'après'le diagramme IS à 703 kcal/kg. La chute de chaleur disponible atteint donc 815 - 703 = 112 kcal/kg.
Si l'on admet de plus, par exemple, que le'va- porisateur à haute pression est alimenté par la chau- dière de vapeur de chauffage de façon que la température d'eau d'alimentation soit d'environ 2000, on a alors besoin d'après le diagramme de vapeur de Stodola d'une
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chaleur de vaporisation de 644,5-200 =464,5 kcal/kg. Il en résulte que le nombre d'étages de chauffe nécessaire est de 464,5 = 4,15 étages. En pratique, on dispo-
112 sera cinq étages ou, pour avoir une certaine réserve,on prendra six étages de chauffage.
Si l'on veut,avec la même vapeur de chauffage , engendrer de la vapeur à haute pression à 224 atm. abs., c'est-à-dire à la pression critique, on a besoin d'un appoint de chaleur de 508 - 200 A 308 kcal/kg. La tempé- rature de vapeur saturée à 224 atm. est égale à 3740 environ et la chaleur totale de la vapeur de chauffage à 17 atm. abs. atteint à cette température environ 763 kcal/kg, la chute de chaleur disponible est donc égale à 815 -763 = 52 kcal/kg. Il en résulte que le nombre d'étages de chauffage est de 308 = 5,92 étages. De
52 cette façon, on peut calculer .le nombre d'étages de chauffage pour chaque pression voulue de la vapeur mo- trice à engendrer jusqu' la pression critique.
Lorsqu'il s'agit d'engendrer à l'aide d'une quan- tité de vapeur de chauffage déterminée non pas la même quantité de vapeur motrice,mais un multiple de cette quantité, par exemple la quantité double de vapeur motrjoe il y a lieu alors de prendre un multiple, par exemple le double, du nombre d'étages calculé d'après ce qui pré- cède.
La pression de vapeur de chauffage peut varier dans de larges limites et l'on peut aussi utiliser comme vapeur de chauffage, de--la vapeur , très basse pression.
En admettant, par exemple, que l'on veuille engendrer de la vapeur motrice à 50 atm. à l'aide de vapeur de chauffage à 1,4 atm.ab.,qui doit être à nouveau sur- chauffée à 475 et que la température d'eau d'alimen- tation de la chaudière principale est égale à 1050, on @@
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a besoin pour la vaporisation d'un kilogramme d'eau de chaudière principale à 1050 ; 664,5 - 105 = 559,5 kcal/kg.
La chaleur totale de vapeur de chauffage à 4750 est égale d'après le diagramme IS à 818 kcal/kg., et celle de la vapeur à engendrer à 50 atm. et à la température de saturation, c'est-à-dire à 2630 à 715 kcal/kg, de sorte que l'on peut disposer d'une chute de chaleur de 818 - 715 = 103 kcal/kg . Il en résulte que le nombre d'étages est de : 559.5, = 5,43 étages.
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La vapeur de chauffage,peut être prélevée sur un générateur de vapeur quelconque par exemple sur un généra, teur à basse pression existent,comme il vient d'être in- diqué. Il va de soi que le procédé n'est pas limité l'emploi de vapeur de chauffage dont la pression est inférieure à celle de la vapeur à engendrer. Il est,par exemple, assez naturel d'employer la vapeur à haute pression, engendrée indirectement, comme vapeur de chauf- fage et de l'introduire du vaporisateur dans le premier étage de chauffe directement, c'est-à-dire sans change- ment de pression. Toutefos' le cas éohéant, on peut di- minuer la pression de la vapeur de chauffage, prélevée sur le vaporisateur chauffé indirectement, avant son entrée dans les étages de chauffe.
Il est important pour l'échauffement à la mise en route du générateur que l'on puisse engendrer selon 1' invention, la vapeur de chauffage dans le surchauffeur de vapeur de chauffage même en introduiant dans le premier étage du surchauffeur de l'eau distillée. Cette eau se vaporise dans les premiers étages du surchauffeur et la vapeur engendrée est surchauffée dans les étages suivants du sur chauffeur. Pour accélérer la génération de vapeur
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dans le surchauffeur, on abaisse la pression dans le système de chauffage en laissant échapper la vapeur de chauffage du dernier étage à l'air libre ou en la diri- geant.dans un condenseur.
Comme pour la génération de vapeur à une pres- sion élevée déterminée, on n'est pas lié , l'emploi de limites de pression relativement étroite pour la vapeur de chauffage et qu'au contraire, on peut choisir la pres- sion de la vapeur de chauffage dans de larges limites, le nouveau procédé convient plus particulièrement dans le cas où un étage à haute pression doit être branché avant une installation de force motrice à vapeur existan- te. On peut alors choisir la pression initiale de la vapeur de chauffage suivant la pression de la vapeur, engendrée pour l'installation de chaudières existante, en disposant dans cette chaudière, qui fournit alors la vapeur de chauffage, les éléments de surchauffe des éta- ges de chauffage de la génération de vapeur à haute pres- sion.
La vapeur d'échappement des étages de chauffe peut produire le travail dans l'installation de machines existantes. La pression de vapeur à 1 entrée de cette installation de machines, est, par exemple, abaissée par rapport à la marche précitée , de sorte que la chute de pression nécessaire à la traversée par la vapeur de chauf- fage des étages de chauffe est maintenue,ou bien que la vapeur d'échappement venant des étages de chauffe est dirigée dans un étage de pression inférieure de la machi- ne.Dans tous les cas, l'écoulement de vapeur de chauffe par les étages de chauffe n'est assuré.que par une chute de pression entre l'entrée de.
vapeur de chauffage et sa sortie, ce qui a pour conséquence l'avantage qu'on n'est pas lié en ce qui concerne la position du vaporisateur
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à haute pression, celui-ci pouvant, par exemple,être placé au-dessous du générateur de vapeur de chauffage.
Le dessin annexé,donné à titre d'exemple, repré- sente schématiqement divers modes de réalisation de dis- positifs permettant de mettre en pratique le procéda de l'invention.
La fig. 1 montre en coupe verticale un généra- teur indirect de vapeur combiné avec une chaudière marine cylindrique de construction courante.
La fige 2 est une coupe suivant II-II de la fig.l .
La fige 3 montre une variante d'une installa- tion de chaudière marine en coupe longitudinale.
La fig. 4 représente en coupe transversale une installation de chaudière fixe.
La fig. 5 est une coupe longitudinale d'une locomotive.
La fig. 6 est un schéma d'une variante de ré- alisation d'une installation de chaudiéres à deux pres- sions.
Dans le mode de réalisation des fig. 1 et 2, 1 désigne le générateur cylindrique de vapeur à basse pression et 2 le réservoir cylindrique du vaporisateur dans lequel on engendre la vapeur à haute pression par la chauffe indirecte.,De plus, 3 désigne les tubes à ' flamme de la chaudière cylindrique, 4 la chambre de re- tour, 5 les tubes de fumée ( qui pour plus de clarté ne sont pas représentés sur la fig.1) et 6 la conduite de
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fumée. Les étages de chauffe traversés par la vapeur de chauffage sont constitués par les éléments de sur- chauffe et les éléments de chauffe qui alternent avec les premiers.
L'exemple représenté sur le dessin com- porte six étages de chauffe dont chacun est constitué par un élément de surchauffe 8 placé dans la chambre de retour et par un élément de chauffe 9 disposé dans le réservoir d'eau du vaporisateur 2. Le premier élément de surchauffe est raccordé à un conduit d'amenée de va- peur de chauffage 10 communiquant avec le réservoir de vapeur de la chaudière cylindrique,tandis que de l'élé- ment de chauffe 9 du dernier étage de chauffe, un conduit d'échappement 11 de vapeur de chauffage mène du réser- voir cylindrique du vaporisateur 2 vers l'extérieur.Le conduit de liaison 12 entre un élément de surchauffe 8 Et l'élément de chauffe cotfespondant 9 ainsi que le con- duit de liaison 13 entre un élément de chauffe 9 et l'élément de surchauffe 8 suivant traversent chacun l'un des tubes de fumée 5.
La vapeur de chauffage prélevée sur la chaudière 1, passe donc par le conduit d'amenée 10 dans le premier élément de surchauffe 8, puis dans le premier élément de chauffe 9 du réservoir cylindrique du vaporisateur 2, puis alternativement par un élément de surchauffe et un élément de vaporisation jusqu'à ce qu'elle soit amenée du dernier élément de vaporisation 9 par le conduit d'échappement 11 à un endroit d'utili- sation.
Le conduit d'amenée de vapeur 10 est raccordé à un conduit d'alimentation 14 par quel on peut, en cas de besoin, introduire dans le premier étage de surchauffe
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8 de l'eau distillée,afin d'engendrer ainsi la vapeur de chauffage dans le premier étage de chauffe même.On pro- cède de la sorte avantageusement à la mine en route du générateur tant que la chaudière à basse pression 1 ne fournit pas encore de vapeur de chauffage.
Pour accélérer la génération de vapeur'dans les étages de chauffe, on @ raccorde momentanément le système de chauffage par un conduit 15 dérivant du conduit d'échappement 11, à un condenseur.Par un conduit d'alimentation 18 et une pompe 19 on améne' au réservoir cylindrique du vaporisateur 2 l'eau d'alimentation de la chaudièrs à basse pression 1.
La vapeur à haute pression engendrée dans le vaporisateur passe par un conduit 20 dans un surchauffeur 21 disposé dans la chambre de retour de la chaudière cylindrique 1 d'où la vapeur à haute pression surchauffée passe par un conduit 22 dans le cylindre 23 et de là dans le cylindre 24 d'une machine à haute pression à deux étages.
Le conduit d'échappement 25 du cylindre à haute pression 24 débouche dans le conduit d'évacuation de vapeur de chauffage venant des étages de chauffe de sorte qu'il se produit un mélange de la vapeur d'échappement à haute pression avec la vapeur de chauffage. Comme la température de vapeur à haute pression engendrée indirectement dans le réservoir cylindrique 2 est sensiblement supérieure à la température de saturation de la vapeur de chauffage, la vapeur de chauffage s'échappant de l'étage de chauffe par le conduit 11 est encore surchauffée,ce qui a pour conséquence que le mélange de vapeur, provenant de la vapeur d'échappement à haute pressi et de la vapeur
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de chauffage, peut être employé à basse presseion.
On ad- met dans le mode de réalisation représenté sur le dessin, que ce mélange travaille dans les cylindres 26 et 27 de l'installation de machines existant auparavant .Sur ces cylindres existants 26, 27, sont montés les nouveaux cylindres à haute pression 23, 24. On abaisse la pression de vapeur à l'entrée des cylindres 26, 27 par rapport à celle qui y était utilisée antérieurement à la trans- formation, de telle sorte que par rapport à la pression de vapeur de chauffage à l'entrée du premier étage de chauffe, qui correspond approximativement à la pression de marche de la chaudière,il existe une chute de pression suffisante pour assurer une vitesse d'écoulement conve- nable dans les étages de chauffe.
Dans le mode de réalisation de la fig. 3, la génération de vapeur de chauffage a lieu également dans une chaduière cylindrique 28 à tubes de fumée 29. Le trajet des gaz chauds correspond environ à celui d'une chaudière marine à retour de flamme. Le foyer est dis- posé toutefois non pas dans. des tuyaux à flamme,mais dans une chambre de combustion 30 spéciale,-située au- dessous de la chaudière 28 et qui est séparée de celle- ci par une cloison 31.
Les gaz chauds s'acheminent dans le foyer vers l'ar.rire dans un carneau vertical 32, formé par une cloison transversale 34 introduite dans le compartiment de retour 33,traversent en montant ce carneau 32 et passent par la chambre de retour 33 dans les tubes de fumée 29 et après avoir traversé ceux-ci,
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dans le conduit d'échappement 35. Le réservoir cylindri- que 2 du générateur de vapeur chauffé indirectement est situé au-dessus de la partie avant de la chambre de combustion et est protégé contre l'action directe de la chaleur de la chambre de combustion par une cloison 36.
Les étages de chauffe successifs, dont; pour plus de clarté, quatre seulement sont représentés sur le dessin, sont constitués chacun par un élément de sur- chauffe et par un élément de chauffe. Les éléments de surchauffe 38 sont disposés sous forme de surfaces de chauffe par rayonnement à proximité des parois du foyer.
Les éléments de chauffe 39 peuvent aussi s'étendre dans le sens longitudinal du réservoir cylindrique pour pré- senter la surface de chauffe nécessaire. Le premier élément de chauffe 39 est raccordé au conduit d'amenée 40 par lequel arrive la vapeur de chauffage engendrée dans la chaudière 28. Dans ce conduit 40 débouche un conduit d'alimentation 41 permettant d'introduire,lors de la mise en route, de l'eau distillée dans l'élément de chauffage du premier étage de chauffe afin de pouvoir engendrer la vapeur de chauffage dans le surchauffeur.
La vapeur de chauffage travers toujours alternativement un élément de surchauffe 38 et un élément de chauffage 39 pour être dirigée du dernier élément de chauffage par le conduit d'évacuation de vapeur de chauffage 42 vers un endroit d'utilisation. Un conduit 43,branché sur le conduit d'échappement 42,permet de relier les étages de chauffe, lors de la mise en route, à un conden- seur. La vapeur à haute pression eng ndrée indirectement dans le réservoir cylindrique 2 du v porisateur passe par un conduit 44 dans un surchauffeur 45, disposé sur
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le trajet 32 des gaz chauds et de là par un conduit 46 à l'endroit d'utilisation.
Tandis que dans les modes de réalisation qui viennent d'être décrits, la vapeur de chauffage est en- gendrée dans une chaudière spéciale à basse pression, dans le cas du générateur fixe de la fig. 4 , la va- peur de chauffage est prélevée sur le réservoir cylin- drique à haute pression 2 chauffé indirectement comme on le pratique dans d'autres procédés de génération de vapeur. Le réservoir cylindrique est situé au-dessus du foyer, dans l'exemple choisi un foyer à tuyères (chauffe au charbon pulvérisé ou ! l'huile). La chambre de combustion 48 forme un carneau vertical qui, à son extrémité supérieure, communique par un carneau hori- zontal 49 avec un deuxième carneau vertical 50 dans lequel les gaz chauds s'écheminent de haut en bas vers la cheminée.
Les éléments 51 des étages de chauffe disposés dans le réservoir cylindrique 2 du vaporisa- teur alternent avec les éléments de surchauffe chauffés de l'extérieur. Trois des éléments de surchauffe,repré- sentés sur le dessin, à savoir les éléments 52 sont constitués sous forme de surface de chauffe . rayonne- ment près des parois de la chambre de combustion. Dans le quatrième élément de surchauffe sont intercalés des tuyaux 53 constituant de façon connue, une grille de réfrigération du laitier et l'élément de surchauffe 54 du dernier étage de chauffe est placé dans le carneau horizontal 49.
Du dernier élément de chauffe 51, la
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la vapeur de chauffage passe, d'abord par un surchauffeur
55 placé dans le carneau 50 et ensuite par un conduit 56, à l'endroit d'utilisation. Pour pouvoir engendrer à la mise en route,dans le surchauffeur des étages de chauffe, la vapeur de chauffage, le conduit d'amenée de la vapeur de chauffage 58, allant au premier élément de surchauffe 52 est raccordé à un conduit d'alimentation 59 et le con- duit d'évacuation de la vapeur de chauffage 56 à un con- duit 60 allant à un condenseur. La vapeur à haute pression engendrée dans le réservoir cylindrique du vaporisateur 2 passe par un conduit 61 dans un surchauffeur 62 disposé dans le carneau 50 et de là par un conduit 63 à l'endroit d'utilisation.
Derrière le surchauffeur 62 dans le car- neau 50 est encore placé un réchauffeur d'eau alimentaire 64 d'où l'eau d'alimentation réchauffée passe par un con- duit-65 dans le réservoir cylindrique du vaporisateur 2.
Les éléments de surchauffe des étages de chauffe sont connus et disposéscomme indiqué dans la description précédente) de diverses manières,mais toujours de façon que les éléments de surchauffe,alimentés par la va- peur de chauffage à pression plus élevée, soient placés à l'endroit où régnent les plus huâtes températures de la chambre de combustion,tandis que les éléments de surchauffe suivants sont situés aux endroits à tempera- Il! ture moins élevée,suivant la chute de pression de la vapeur de chauffage lors de la traversée des étages de chauffe.
0'et agencement présente l'avantage que la va- peur de chauffage la plus dense traverse les éléments de surchauffe portés à la plus haute température, de
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sorte que ceux-ci sont refroidis officacement et pro- tégés contre la détérioration parla chaleur. Il va de soi que la grandeur de la surface de chauffe des étages de chauffe successifs doit être proportionnée aux conditions imposées. Les dessins schématiques ne tiennent pas compte de ce point de vue, -,-dais il est vala ble pour tous les modes de réalisation représentés sur les dessins.
Dans le cas de la locomotive représentés fig.5, la vapeur de chauffage est également engendrée dans une chaudière spéciale à basse pression et notamment dans la chaudière longitudinale 68 au- dessous de laquelle es disposé le réservoir cylindrique de vaporisation 2. Les éléments de surchauffe 69 des étages de chauffe qui alternent avec les éléments de chauffe 70 situés dans le réservoir cylindrique de vaporisation 2 s'étendent en passent par un toyau 71, prévu au lieu des tuyaux à fumée habituels, jusque dans le foyer 72. La vapeur de chauffage passe du dôme 73 de prise de vapeur par un conduit 74 dans l'élément 69 du premier étage de chauffe et de l'élément 70 du dernier étage de chauffe par un conduit 75 dans le cylindre à basse pression 76 de la locomotive.
Au conduit d'amenée de la vapeur de chauffage 74 se raccorde un conduit d'alimentation 78 et au conduit d'évacuation de la vapeur de chauffage 75, un conduit de dérivation 79 par lequel la vapeur de chauffage peut s'échapper lors de la mise en route à l'air libre. La vapeur à haute pression, engendrée dans le réservoir cylindrique du vapori ateur 2, passe par un conduit 80 dans un surchauffeur 161,placé dans le
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tuyau 71 et le foyer 72, et de là par un conduit 82 dans le cylindre à haute pression 83.La vapeur d'échap- pement du cylindre à haute pression s'achemine par un conduit 84 au conduit d'évacuation de vapeur de chauf- fage ?5,afin de se mélanger, avant l'entrée dans le cylindre à basse pression 76, avec la vapeur de chau- fage .
Comme variante du mode de réalisation de la'fig.
4 dans lequel une partie seulement de la vapeur à haute pression est prélevée comme vapeur de chauffage des étages de chauffe sur le réservoir cylindrique du géné- rateur chauffé indirectement,tandis que l'autre partie (plus grande) de la vapeur è haute pression est dirigée directement dans la machine après une surchauffe préala- ble,dans le mode de réalisation représenté fig. 6 toute la vapeur à haute pression engendrée indirectement dans le réservoir cylindrique du générateur 2 traverse d'abord les étages de chauffe et passe ensuite dans la machine.
Les étages de chauffe comportent chacun un élément de surchauffe 85 chauffé de l'extérieur et disposé dans le foyer à la manière d'une surface de chauffe à rayonne- ment, et,un élément de chauffe 86 situé dans le réservoir cylindrique du générateur 2. La totalité de la vapeur à haute pression passe du réservoir cylindrique 2 par un conduit 88 dans le premier élément de surchauffe 85.
Cette vapeur traverse successivement un élément de surchauffe 85 et un élément de, chauffage 86 et passe du dernier élément de chauffe 86 dans le conduit d'échap' pement des étages de chauffe 89. Au'premier étage de surchauffe 85 se raccorde un conduit d'alimentation 90 et au conduit d'échappement 89 un conduit de dérivation
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91 par lequel le conduit d'échappement peut être relié, à la mise en route, à l'air libre ou à un condenseur.
Le conduit d'échappement 89 est relié par l'intermédi- aire d'un organe d'obturation 92 à un surchauffeur 95 disposé dans les tubes de fumée 93 d'un générateur à tubes de fumée 94 d'où un,conduit 96 mène à l'étage à haute pression de la machine. En outre, un conduit de dérivation 99 muni d'un organe d'obturation 98 relie le conduit d'évacuation de vapeur 99 au réservoir d' eau de la chaudière à tubes 94.
Si l'organe d'obtura- tion 98 est fermé, la totalité de la vapeur de chauffage à haute pression passe par le surchauffeur 95 et le conduit 96 dans l'étage à haute pression de la machine, aprs avoir été employée dans les étages de chauffe à la génération indirecte de vapeur à haute pression par surchauffes et cessions de chaleur répétées au conte- nue du réservoir cylindrique du générateur 2. La pression à l'entrée de cet étage de la machine est inférieure à la pression de marche qui règne dans le réservoir cylin- drique du vaporisateur 2 d'une quantité suffisante pour assurer la vitesse d'écoulement nécessaire dans le étages de chauffe.
Comme de cette fagon, la pression de la va- peur de chauffage qui règne dans les éléments de chauffe 86 et, plus particulièrement, bien entendu, dans les derniers étages de chauffe, est inférieure à la pression de marche du réservoir cylindrique du vaporisateur 2, la vapeur de chauffage des éléments de chauffe ne peut pas se refroidir jusqu'à la température de saturation correspondant à cette pression plus faible de la vapeur de chauffage, et elle ne se condense pas en conséquence
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"Method of Indirect Steam Generation by Superheated Heating Steam."
The present invention relates to the indirect generation of vapor by superheated heating vapor, passing through heating elements located in the vaporization tank and releasing heat to the contents of the vaporizer. In the methods known until now it is necessary for the heating vapor to be at its entry into a heating element in such a state (pressure and temperature) that it can give up heat during the passage of the heating element. necessary for vaporizing
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sation of the contents of the tank in the form of heat of superheating and heat of vaporization and, where appropriate, also in the form of liquid heat.
These conditions impose definite limits on the carrying out of the known process. As a general rule, it is necessary that the pressure of the heating vapor be greater than that of the vapor to be generated, since it is only on this condition that the heat can be imparted to the heating vapor. total required. The object of the invention is precisely to indicate a means making it possible to achieve the indirect generation of steam without the aforementioned condition being satisfied, and to show that it is on the contrary possible to use a heating steam of any pressure. , especially at low pressure while generating motive steam of any desired pressure, up to the critical pressure where appropriate.
For this purpose, the superheated heating vapor is passed, in order to effect repeated heat transmission to the contents of the vaporizer, alternately by superheating elements heated from the outside and by heating elements arranged in the vaporizer. The particularity of the process, according to the invention, consists in that the heat vehicle is formed by the consumption steam which, on its way from the generator to the place of use (machine, heat exchanger) passes through the heating stages and the pressure of which is greater than the operating pressure of the place of use by a sufficient quantity so that the pressure drop thus achieved determines the flow of heating vapor through the heating stages ,
The new process therefore does not need any special devices (circulation pumps) to pass the heating vapor through.
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heating elements, or advanced refrigeration 'so that the crossing of the heating elements is ensured by the difference in the weights of the heating vapor in the supply duct and of the heating condensation water in the exhaust duct.
The number of heating stages is determined in each particular case according to the conditions imposed.
If one proposes, for example, to generate high pressure steam at 50 atmospheres by employing as heating steam superheated steam at 475 to 17 atm.abs. whether one takes, for example, in the form of saturated steam from an existing boiler installation, the number of heating stages is determined as follows:
The total heat of heating steam to 17 atm. and 4750 is equal, from the IS diagram, to 815 kcal / kg. From this total heat is available the heat drop to the total heat of the heating steam at the saturation temperature of the steam to be generated. 50 atm., That is to say approximately. 263, assuming first that the heating vapor cools down to this temperature.
This total heat is equal from the IS diagram to 703 kcal / kg. The available heat drop therefore reaches 815 - 703 = 112 kcal / kg.
If it is further assumed, for example, that the high pressure evaporator is fed by the heating steam boiler so that the feed water temperature is about 2000, we have then need according to the Stodola vapor diagram of a
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heat of vaporization 644.5-200 = 464.5 kcal / kg. As a result, the number of heating stages required is 464.5 = 4.15 stages. In practice, we have
112 will be five stages or, to have a certain reserve, we will take six stages of heating.
If it is desired, with the same heating steam, to generate high pressure steam at 224 atm. abs., i.e. at critical pressure, additional heat of 508 - 200 A 308 kcal / kg is required. The saturated vapor temperature at 224 atm. is equal to about 3740 and the total heat of the heating vapor to 17 atm. abs. reached at this temperature approximately 763 kcal / kg, the available heat drop is therefore equal to 815 -763 = 52 kcal / kg. As a result, the number of heating stages is 308 = 5.92 stages. Of
In this way, the number of heating stages can be calculated for each desired pressure of the motive steam to be generated up to the critical pressure.
When it is a question of generating with the aid of a determined quantity of heating steam not the same quantity of motive steam, but a multiple of this quantity, for example the double quantity of motrjoe steam there is It is then necessary to take a multiple, for example double, of the number of floors calculated from the above.
The heating vapor pressure can vary within wide limits and it is also possible to use very low pressure vapor as heating vapor.
Assuming, for example, that we want to generate motive steam at 50 atm. using heating steam to 1.4 atm.ab., which must be superheated again to 475 and the feed water temperature of the main boiler is equal to 1050, on @ @
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needs for vaporization of one kilogram of main boiler water at 1050; 664.5 - 105 = 559.5 kcal / kg.
The total heat of heating steam at 4750 is equal according to the IS diagram to 818 kcal / kg., And that of the steam to be generated at 50 atm. and at the saturation temperature, i.e. 2630-715 kcal / kg, so that a heat drop of 818 - 715 = 103 kcal / kg can be obtained. As a result, the number of floors is: 559.5, = 5.43 floors.
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The heating steam can be taken from any steam generator, for example from a low pressure generator, as it has just been indicated. It goes without saying that the process is not limited to the use of heating steam, the pressure of which is lower than that of the steam to be generated. It is, for example, quite natural to use high-pressure steam, generated indirectly, as heating steam and to introduce it from the vaporizer into the first heating stage directly, that is to say without changing. - pressure. However, the pressure of the heating vapor, taken from the indirectly heated vaporizer, can be reduced before it enters the heating stages.
It is important for the heating on starting of the generator that one can generate according to the invention, the heating steam in the heating steam superheater even by introducing distilled water into the first stage of the superheater. . This water vaporizes in the first stages of the superheater and the steam generated is superheated in the following stages of the superheater. To speed up steam generation
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in the superheater, the pressure in the heating system is lowered by allowing the last stage heating vapor to escape to the open air or by directing it into a condenser.
As with the generation of steam at a determined high pressure, the use of relatively narrow pressure limits for the heating steam is not bound and, on the contrary, the pressure of the heating steam can be chosen. Heating steam within wide limits, the new method is more particularly suitable in the case where a high pressure stage has to be connected before an existing steam power plant. We can then choose the initial pressure of the heating steam according to the steam pressure generated for the existing boiler installation, by placing in this boiler, which then supplies the heating steam, the superheating elements of the stages. for heating the high pressure steam generation.
The exhaust steam from the heating stages can produce work in the installation of existing machines. The steam pressure at the inlet of this machine installation is, for example, lowered with respect to the aforementioned step, so that the pressure drop necessary for the heating steam to pass through the heating stages is maintained. , or that the exhaust steam coming from the heating stages is directed into a lower pressure stage of the machine. In any case, the flow of heating steam through the heating stages is not ensured. as by a pressure drop between the inlet of.
heating vapor and its output, which has the advantage that one is not bound with regard to the position of the vaporizer
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at high pressure, it being possible, for example, to be placed below the heating steam generator.
The accompanying drawing, given by way of example, shows schematically various embodiments of devices making it possible to practice the process of the invention.
Fig. 1 shows in vertical section an indirect steam generator combined with a cylindrical marine boiler of standard construction.
Fig. 2 is a section along II-II of fig.l.
Fig 3 shows a variant of a marine boiler installation in longitudinal section.
Fig. 4 shows in cross section a stationary boiler installation.
Fig. 5 is a longitudinal section of a locomotive.
Fig. 6 is a diagram of an alternative embodiment of an installation of two-pressure boilers.
In the embodiment of FIGS. 1 and 2, 1 designates the cylindrical generator of low pressure steam and 2 the cylindrical tank of the vaporizer in which high pressure steam is generated by indirect heating., In addition, 3 designates the flame tubes of the cylindrical boiler , 4 the return chamber, 5 the flue pipes (which for clarity are not shown in fig. 1) and 6 the
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smoke. The heating stages through which the heating vapor passes are formed by the overheating elements and the heating elements which alternate with the first ones.
The example shown in the drawing comprises six heating stages, each of which consists of an overheating element 8 placed in the return chamber and by a heating element 9 placed in the water tank of the vaporizer 2. The first superheating element is connected to a heating steam supply duct 10 communicating with the steam tank of the cylindrical boiler, while the heating element 9 of the last heating stage, a heating duct The heating vapor exhaust 11 leads from the cylindrical vaporizer tank 2 to the outside. The connecting duct 12 between an overheating element 8 and the corresponding heating element 9 as well as the connecting duct 13 between a Heating element 9 and the next superheating element 8 each pass through one of the smoke tubes 5.
The heating steam taken from the boiler 1 therefore passes through the supply duct 10 into the first superheating element 8, then into the first heating element 9 of the cylindrical tank of the vaporizer 2, then alternately through an overheating element and a vaporization element until it is supplied from the last vaporization element 9 through the exhaust duct 11 to a place of use.
The steam supply duct 10 is connected to a supply duct 14 through which it is possible, if necessary, to introduce into the first superheating stage.
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8 distilled water, in order to thus generate the heating steam in the first heating stage itself. This advantageously proceeds to mine the generator while the low pressure boiler 1 does not supply still heating steam.
To accelerate the generation of steam in the heating stages, the heating system is momentarily connected by a duct 15 deriving from the exhaust duct 11, to a condenser. By a supply duct 18 and a pump 19, '' to the cylindrical tank of the vaporizer 2 the feed water of the boiler at low pressure 1.
The high pressure steam generated in the vaporizer passes through a conduit 20 in a superheater 21 disposed in the return chamber of the cylindrical boiler 1 from where the superheated high pressure steam passes through a conduit 22 into the cylinder 23 and from there in cylinder 24 of a two-stage high pressure machine.
The exhaust duct 25 of the high pressure cylinder 24 opens into the heating vapor discharge duct coming from the heating stages so that mixing of the high pressure exhaust vapor with the heating vapor occurs. heater. As the temperature of high pressure steam generated indirectly in the cylindrical tank 2 is substantially higher than the saturation temperature of the heating steam, the heating steam escaping from the heating stage through line 11 is still superheated, which has the consequence that the mixture of steam, coming from the exhaust steam at high pressure and the steam
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heating, can be used at low pressure.
In the embodiment shown in the drawing, it is assumed that this mixture works in the cylinders 26 and 27 of the previously existing machine installation. On these existing cylinders 26, 27, the new high pressure cylinders 23 are mounted. 24. The vapor pressure at the inlet of the cylinders 26, 27 is lowered relative to that which was used there prior to the transformation, so that relative to the heating vapor pressure at the inlet from the first heating stage, which roughly corresponds to the operating pressure of the boiler, there is a sufficient pressure drop to ensure a suitable flow rate in the heating stages.
In the embodiment of FIG. 3, the generation of heating steam also takes place in a cylindrical boiler 28 with smoke tubes 29. The path of the hot gases corresponds approximately to that of a marine boiler with flashback. The hearth is placed however not in. flame pipes, but in a special combustion chamber 30, located below the boiler 28 and which is separated from it by a partition 31.
The hot gases flow into the hearth towards the rear in a vertical flue 32, formed by a transverse partition 34 introduced into the return compartment 33, pass through this flue 32 on the way up and pass through the return chamber 33 in the smoke tubes 29 and after passing through them,
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in the exhaust duct 35. The cylindrical tank 2 of the indirectly heated steam generator is located above the front part of the combustion chamber and is protected against the direct action of heat from the combustion chamber by a partition 36.
The successive heating stages, including; for greater clarity, only four are shown in the drawing, each consisting of an overheating element and a heating element. The superheating elements 38 are arranged in the form of radiant heating surfaces near the walls of the fireplace.
The heating elements 39 can also extend in the longitudinal direction of the cylindrical tank to provide the necessary heating surface. The first heating element 39 is connected to the supply duct 40 through which arrives the heating vapor generated in the boiler 28. In this duct 40 opens a supply duct 41 making it possible to introduce, when starting up, distilled water in the heating element of the first heating stage in order to be able to generate the heating vapor in the superheater.
The heating vapor always alternately passes through a superheating element 38 and a heating element 39 to be directed from the last heating element through the heating vapor discharge duct 42 to a place of use. A duct 43, connected to the exhaust duct 42, makes it possible to connect the heating stages, when starting up, to a condenser. The high pressure steam generated indirectly in the cylindrical tank 2 of the v poriser passes through a duct 44 in a superheater 45, arranged on
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the path 32 of the hot gases and from there through a conduit 46 to the place of use.
While in the embodiments which have just been described, the heating steam is generated in a special low pressure boiler, in the case of the stationary generator of FIG. 4, the heating vapor is taken from the indirectly heated high pressure cylindrical tank 2 as is practiced in other vapor generation methods. The cylindrical tank is located above the fireplace, in the example chosen a nozzle fireplace (heating with pulverized coal or! Oil). The combustion chamber 48 forms a vertical flue which, at its upper end, communicates by a horizontal flue 49 with a second vertical flue 50 in which the hot gases flow from top to bottom towards the chimney.
The elements 51 of the heating stages arranged in the cylindrical tank 2 of the vaporizer alternate with the superheating elements heated from the outside. Three of the superheating elements shown in the drawing, namely elements 52, are formed as a heating surface. radiation near the walls of the combustion chamber. In the fourth superheating element are interposed pipes 53 constituting in known manner, a slag refrigeration grid and the superheating element 54 of the last heating stage is placed in the horizontal flue 49.
From the last heating element 51, the
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the heating steam passes, first through a superheater
55 placed in the flue 50 and then through a conduit 56, at the place of use. In order to be able to generate, on start-up, in the superheater of the heating stages, the heating vapor, the heating vapor supply duct 58, going to the first superheating element 52 is connected to a supply duct 59 and the heating vapor discharge line 56 to a line 60 going to a condenser. The high pressure steam generated in the cylindrical tank of the vaporizer 2 passes through a conduit 61 in a superheater 62 disposed in the flue 50 and from there through a conduit 63 at the point of use.
Behind the superheater 62 in the flue 50 is also placed a feed water heater 64 from which the heated feed water passes through a pipe-65 into the cylindrical tank of the vaporizer 2.
The superheating elements of the heating stages are known and arranged as indicated in the preceding description) in various ways, but always so that the superheating elements, fed by the heating vapor at higher pressure, are placed at the same time. where the highest temperatures in the combustion chamber prevail, while the following superheating elements are located at the hottest places. lower ture, depending on the pressure drop of the heating vapor as it passes through the heating stages.
This arrangement has the advantage that the denser heating vapor passes through the superheating elements brought to the higher temperature, thus reducing
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so that these are officially cooled and protected against deterioration by heat. It goes without saying that the size of the heating surface of the successive heating stages must be proportionate to the conditions imposed. The schematic drawings do not take this point of view into account, -, - but it is valid for all the embodiments shown in the drawings.
In the case of the locomotive represented in fig. 5, the heating steam is also generated in a special low pressure boiler and in particular in the longitudinal boiler 68 below which the cylindrical vaporization tank 2 is placed. The superheating elements 69 of the heating stages which alternate with the heating elements 70 located in the cylindrical vaporization tank 2 extend through a toy 71, provided instead of the usual smoke pipes, into the hearth 72. The heating vapor passes from the steam intake dome 73 through a duct 74 into the element 69 of the first heating stage and from the element 70 of the last heating stage via a duct 75 into the low pressure cylinder 76 of the locomotive.
To the duct for supplying the heating vapor 74 is connected a supply duct 78 and to the evacuation duct for the heating vapor 75, a bypass duct 79 through which the heating vapor can escape during the heating. start-up in the open air. The high pressure steam, generated in the cylindrical tank of the steamer 2, passes through a pipe 80 in a superheater 161, placed in the
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pipe 71 and the hearth 72, and from there through a pipe 82 into the high pressure cylinder 83. The exhaust vapor from the high pressure cylinder passes through a pipe 84 to the heating vapor discharge pipe - fage? 5, in order to mix, before entering the low pressure cylinder 76, with the heating vapor.
As a variant of the embodiment of Fig.
4 in which only a part of the high pressure steam is taken as heating steam for the heating stages on the cylindrical reservoir of the generator heated indirectly, while the other (larger) part of the high pressure steam is taken off. directed directly into the machine after a previous overheating, in the embodiment shown in fig. 6 all the high pressure steam generated indirectly in the cylindrical tank of the generator 2 first passes through the heating stages and then passes into the machine.
The heating stages each comprise a superheating element 85 heated from the outside and arranged in the hearth in the manner of a radiant heating surface, and a heating element 86 located in the cylindrical reservoir of the generator 2. All of the high pressure steam passes from the cylindrical tank 2 through a conduit 88 into the first superheating element 85.
This vapor passes successively through a superheating element 85 and a heating element 86 and passes from the last heating element 86 into the exhaust duct of the heating stages 89. To the first superheating stage 85 is connected a duct of heating. supply 90 and at the exhaust duct 89 a bypass duct
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91 by which the exhaust duct can be connected, to the start-up, to the open air or to a condenser.
The exhaust duct 89 is connected by the intermediary of a closure member 92 to a superheater 95 arranged in the smoke tubes 93 of a smoke tube generator 94 from which a duct 96 leads. to the high pressure floor of the machine. In addition, a bypass duct 99 provided with a closure member 98 connects the steam discharge duct 99 to the water tank of the tube boiler 94.
If the shutter 98 is closed, all of the high pressure heating steam passes through the superheater 95 and the conduit 96 into the high pressure stage of the machine, after having been employed in the stages. from heating to the indirect generation of high pressure steam by overheating and repeated heat transfers to the contents of the cylindrical tank of generator 2. The pressure at the inlet of this stage of the machine is lower than the operating pressure that prevails in the cylindrical tank of the vaporizer 2 in a quantity sufficient to ensure the necessary flow speed in the heating stages.
As in this way, the pressure of the heating vapor which prevails in the heating elements 86 and, more particularly, of course, in the last heating stages, is lower than the operating pressure of the cylindrical tank of the vaporizer 2. , the heating vapor of the heating elements cannot cool down to the saturation temperature corresponding to this lower pressure of the heating vapor, and it does not condense accordingly
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