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"PERFECTIONNEMENTS AUX FOYERS OU FOURS BRULANT DU COMBUSTIBLE PULVERISE".
Cette invention a trait aux foyers ou fours brûlant du combuatible pulvérisé et est en particulier avantageuse- ment applicable à la combustion de combustibles peu volatils contenant des cendres de point de fusion élevé, quoique elle présente aussi des avantages en ce qui concerne; son applica- tion aux foyers brûlant des combustibles de grande qualité et des combustibles contenant des cendres de faible point de fusion.
Un des buts principaux de l'invention est (établir un foyer ou four perfectionné agencé pour tirer parti des
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caractéristiques. de Scorification des déchets d'une manière propre à augmenter l'efficacité du foyer.
La caractéristique principale de l'invention réside dans la combinaison, dans un foyer de ce genre, de tubes de vaporisation constituant le fond de la chambre de combustion et disposés de façon à retenir une couche de scorie dans cette chambre et de moyens pour introduire du combustible et de l'air dans la chambre de façon qu'une flamme soit projetée contre ladite couche.
.-L'invention est représentée dans les dessina an- nexés dans lesquels :
Fig. 1 est une coupe verticale d'un foyer et d'une chaudière établis suivant l'inventions certaines parties é- tant représentées plus où moina schématiquement et d'autres étant brisées dans un but de clarté.
Fig. 2 est une coupe transversale fragmentaire suivant -2 (fig. 1).
Fig. 3 est une vue schématique de la partie in- férieure d'une autre construction de foyer.
Fig. 4 est une coupe verticale schématique frag- mentaire d'un autre mode de réalisation.
Fig. 5 est une vue analogue à fig. 3 d'un autre mode de réalisation.
Figs. 6, 7 et 8 sont des vues schématiques repré- sentant la partie inférieure d'autres constructions de foyer établies suivant l'invention.
Fig. 9 est une coupe verticale fragmentaire d'une autre disposition des brûleurs.
Fig. 10 est une vue de face de fig. 9.
Fig. Il représente une construction modifée de la partie inférieure du foyer.
Fig. 12 est un plan schématique représentant un autre mode de chauffage.
Dans les figs. 1 et 2, la disposition comprend, en
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--.. générale un foyer comportant une chambre de combustion µ et des brûleurs B qui introduisent du combustible finement divi- sé (tel que du charbon pulvérisé) et de 1air dans la chambre de combustion; et une chaudière tutulaire c associée à la chambre de combustion. Dans cet exemple, cette chaudière est du type horizontal et disposée directement au-dessus de la chambre de combustion.
Les parois verticales de la chambre de combustion sont garnies ou doublées de tubes de vaporisation et des tu- bes de vaporisation constituent aussi le fond D de la cham- bre, ce fond formant une sorte de cuvette qui retient les scories. Comme représenté dans. la fig. 1, une rangée de tubes 12 garnissent la paroi avant de la chambre. Les tubes de cette rangée débouchent à leurs extrémités supérieures dans un collecteur 13 et leurs parties inférieures sont re- courbées vers l'intérieur et vers le bas et reliées à un collecteur inférieur 14 placé au milieu de la chambre de combustion.
La paroi arrière est garnie d'une rangée analogue de tubes 15 qui débouchent par leurs extrémités supérieures dans le collecteur 16etpar leurs extrémités inférieures/
Les parois latérales de la chambre de combustion, dont une seule a été représentée, sont garnies chacune d'une rangée de tubes 17 qui, à leurs extrémités supérieures et inférieures. sont reliés à un collecteur supérieur 18 et à un collecteur inférieur 19, respectivement. Tous les tubes aont de préférence munis d'ailettes, les ailettes de la ran- gée antérieure étant interrompues pour constituer des ouver- tures permettant l'introduction du combustible et de l'air dans la chambre de combustion. Les rangées de tubes des parois sont calorifugées.
Des tuyaux iaontdnts et descendants convenables sont Prévus pour assurer la circulation dans les parois de
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tubes vaporisateurs. Dans la présente construction, il exis- te une série de tuyaux descendants 20 allant de l'espace à eau du corps de chaudière transversal Il au collecteur infé- rieur 14, une série de tuyaux descendants 22 allant du corps 21 au collecteur inférieur 19 d'une des parois aquatubulaires latérales, une série de tuyaux descendants analogues 23 abou- tissant au collecteur inférieur de l'autre paroi aquatubulaire latérale et plusieurs groupes de tuyaux montants 24.
25,26 et 27 allant respectivement des collecteurs supérieurs 13,16, 18,18 à l'espace à vapeur du corps 1, De cette façon, le fluide circulant dans les tubes constituant le fond ou paroi inférieure, la paroi avant et la paroi arrière de la chambre de combustion monte du collecteur.. inférieur 14 aux collec- teurs supérieurs 13 et 16 et se rend de là au corps 21, et le fluide circulant dans les tubes des parois latérales'monte des collecteurs inférieurs 19 aux collecteurs supérieurs 18 et de ceux-ci au tambour 21.
Les parties inférieures des tubes des parois 12 et 15, c'est-à-dire les parties de cea tubes qui s'étendent vers l'intérieur et vers le bas, constituent le fond de la chambre de combustion, ce fond ayant la forme d'une trémie ou cuvette et retenant les scories,, et les tubes sont espa- cés de telle sorte que leurs ailettes se touchent sensible- ment. Toutefois, les tubes du fond pourraient être dépour- vus d'ailettes, auquel cas ils seraient suffisamment rappro- chés les uns des autres pour empêcher les cendres de tomber librement à travers les espaces séparant les tubes.
Dans le fonctionnement du fpyer, les cendres ou sco- ries s'accumulent au fond sous forme d'une couche relativement épaisse 28 et l'on fait en sorte qu'une flamme aoit projetée directement. sur la surface de cette couche de façon à mainte- nir à la partie supérieure de la couche un bain de scorie liquide dont on maintient la surface à un niveau constant .
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en permettant à cette scorie fondue de couler continuelle- ment à travers un ou plusieurs orifices de trop-plein 29.
Le brûleur B représenté dans la fig. 1 comprend une botte à air 30 à laquelle de l'air sous pression, de pré- férence préchauffé, est amené par un tuyau 31, une série de tuyères à air 35, ±± et 35 et une tuyère d'injection de combustible pulvérisé 36, La tuyère à combustible 36 est associée à la tuyère à air 33 de telle manière que le com- bustible et l'air qui le véhicule sont entourés par l'air sortant de la tuyère 33. La tuyère à air 33 et la tuyère à combustible 3 sont inclinées dans une direction propre à diriger le combustible et la flamme vers la couche ae scorie de façon qu'ils frappent cette couche.
Pour contribuer à produire ce heurt, les tuyères ue soufflage 34 et 35 sont aussi inclinées vers le bas de façon que l'air'qu'elles in- jectent ait pour effet d'etaler la flamme à la surface de la couche de scorie et de maintenir cette flaire au contact de cette couche. pour régler le caractère de la flamme, un registre 37 règle la quantité d'air fournie par la tuyère 33, et des registres 38 et 39 règlent la quantité d'air fournie par les tuyères 34 et 35, respectivement.
On peut ainsi régler l'alimentation en air de maniè- re à créer dans la zone de scorification des températures relativement élevées et propres à fondre les cendres de point de fusion élevé. A cet effet, on peut admettre avec le combustible une quantité d'air inférieure à celle néces- saire pour la combustion complète du combustible, afin qu'il existe au voisinage immédiat de la couche de scorie une at- moaphère réductrice propre à assurer le point de fusion mini- mum de la scorie. L'air injecté au-dessus ae la tuyère à combustible, de préférence à une vitesse élevée, constitue l'équilibre nécessaire pour la combustion complète.
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Le fond ou bain de scorie à haute .température qui vient d'être décrit pourrait donner lieu à des difficultés de travail, en particulier- lorsqu'on fait travailler la chaudière à feux poussés, en raison du fait que des particu- les de scorie fondue sont entraînées vers le haut en suspen- sion dans les gaz et adhèrent aux tubes de la chaudière; cons- tituant ainsi des dépôts qui obstruent les passages offerts aux gaz.
Suivant l'invention, on obvie en grande partie à cet inconvénient en raison du fait que les parois de la cham- bre de combustion-sont composées de tubes nus soumis à une chaleur rayonnante et absorbant une grande quantité de cha- leur par unité de temps, de sorte qu'elles tendent à abaisser la température du foyer, surtout dans les zones supérieures de la chambre de combustion, en produisant.ce qu'on peut appeler une extrémité supérieure relativement froide.
A ce résultat contribue le fait que l'air supplémentaire nécessai- re pour la combustion est introduit au-dessus de la zone de scarification et de préférence à une vitesse assez élevée pour produire un mélange parfait des combustibles non brûlés avec cet air ainsi que pour brasser les gaz les plus chauds avec les gaz relativement froids qui se trouvent au bord de la chambre de combustion, endroit où les tubes nus ont un effet de refroidissement. Ce mélange parfait des gaz rela- tivement froids avec les gaz relativement chauds a tendance à diminuer la température du foyer dans la zone située au- dessus de la zone de scarification.
A mesure que les gaz montent et se refroidissent en raison de la grande quantité de chaleur absorbée par unité de temps par les parois ou ri- deaux de tubes nus, leur volume diminue, ce qui diminue la vitesse des gaz dans la partie supérieure de la chambre de combustion et tend à produire à cet endroit une zone de re- froidissement ou "extrémité supérieure froide'* efficace qui refroidit les particules de scorie qui la traversent au point
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qu'elles cessent d'être collantes. Comme moyen supplémentaire contribuant au maintien d'une extrémité- supérieure froide, on peut placer à l'avant de la chaudière proprement aite une rangée supplémentaire de tubes c se comportant à la faon d'un rideau de refroidissement.
Dans une variante, il peut exister plusieurs grou- pes de tuyères de soufflage et de tuyères à combustible. Par exemple, la fig. 3 représente un foyer chauffé par ceux cotes, ce qui favorise l'étalement et le mélange de la flam- me.
Dans la fig. 4, 40 désigne une partie arquée qui pénètre dans la partie inférieure de la. chambre de combustion juste au-dessus de la couche de scorie. Cette partie ar- quée est composée d'une rangée de tubes 41 allant en s'in- alinant vers l'intérieur et vers le bas à partir ue la partie supérieure de la chambre de combustion jusqu'en un point re- lativement voisin du fond, puis vers le bas et vers l'exté- rieur. Leurs extrémités supérieures sont reliées à un col- lecteur externe 42 et leura extrémités inférieures sont re- liées à un collecteur externe 43. La disposition de la ran- gée de tubes 15 et des rangées latérales 17 est la même que lle décrite au sujet de fig. 1.
La partie de droite de la cuvette à scorie est composée, dans ce cas, d'une ran- gée de tubes 44 dont les extrémités inférieures débouchent dans: le collecteur 14 et dont les extrémités supérieures dé- bouchent dans le collecteur 43. Des tuyaux descendants et des tuyaux montants analogues à ceux décrits au sujet de fig. 1 peuvent être appliqués.
Un ou plusieurs brûleurs. B' analogues à ceux pré- cédemment décrits peuvent être appliqués pour introduire du combustible pulvérisé et de l'air. Le brûleur représenté est supporté par la voûte 40 et comprend des tuyères de soufflage 45, 46 et 47 réglées par des registres et une ou
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plusieurs tuyères à combustible pulvérisé 48. La tuyère à combustible 48 et la tuyère de soufflage 45 sont dirigées vers le bas de telle sorte que la flamme vient heurter la couche de scorie, et les tuyères de soufflage 46 et 47 projettent des courants d'air horizontaux dans la flamme au-dessus du point d'introduction du combustible.
On obtient ainsi une chambre de combustion qui va en s'élargissant à mesure qu'on s'élève, de sorte que la vitesse des produits de aombuation diminue, ce qui facilite la combustion complète dans la cham- bre de combustion. Les rideaux de tubes nus abaissent la température, et cet abaissement, combiné avec la diminution de vitesse, fait que les produits de combustion passent par- mi les tubes de la chaudière 0 à une température et une vi- tesse telles qu'on évite les difficultés susceptibles de résulter de l'obstacle offert au passage des gaz dans la chaudière.
La variante de fig. 5 comporte une voûte/doubvle/quicons- titue un rétrécissement ou gorge 49 entre la partie infé- rieure 50 et la partie supérieure 51 de la chambre de com- bustion. Les parois latérales sont garnies de tubes vapo- risateurs d'une manière analogue à celle décrite relative-* ment à la fig. 1.
Les voûtes sont constituées par des rangées de tubes 52 et 53 allant en s'inclinant vers le bas- et vers l'intérieur de la partie supérieure de la chambre de com- bustion à un point peu distant de la couche de scorie, en- droit où ils s'étendent verticalement sur une courte dis- tance pour constituer la gorge 49, les tubes s'inclinant alors vers le bas et vers. l'extérieur pour constituer les Parois voûtées 54. et 55 qui supportent les brûleurs. Des collecteurs supérieurs et inférieurs convenables sont pré- vus pour les tubes des rangées 52 et 53. Les tubes 56, qui constituent la cuvette retenant la scorie,, sont relias,
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à leurs extrémités inférieures, au collecteur 14, et à leurs extrémités supérieures, aux collecteurs inférieures des ran- gées 52 et 53.
Dans cette construction, les brûleurs admettent, en 57, des courants de combustible etc. 'air dirigés vers le bas et vers l'intérieur, en 58 des courants d'air dirigés vers le bas et vers l'intérieur, et en 59 et 60 des courants d'air dirigés vers l'intérieur.
Cette disposition assure le heurt direct susmen- tionné de la flamme, lequel peut être réglé par la manoeuvre des registres commandant les tuyères de soufflage comme pré- cédemment. L'élargissement ae la chambre au-dessus de la gorge et l'effet de refroidissement des parois tubulaires de cette chambre assurent les avantages décrits au sujet de fig. 4.
La variante de fig. 6 présente une grande analo- gie avec la construction de fig.5 mais en diffère en ce que les voûtes sont plus plates et en ce que les tuyères dé- bitant à travers ces voûtes sont plus rapprochées de la verticale. En outre, une quantité importante d'air est introduite dans la gorge 49 pour assurer une combustion complète au-aessus de la zone ae scorie.
La fig. 7 représente un mode de réalisation dans lequel la couche de scorie est maintenue automatiquement à un niveau prédéterminent est mise à même de se déverser en passant à travers les espaces compris entre les tubes 61 constituant le fond. La scorie qui se déverse tombe sur les tubes refroidissants inclinés 62, ce qui a pour effet de granuler cette scorie pour permettre son enlèvement facile à travers une ouverture a'évacuation des cenares 63. Des jets réfrigérants 64 peuvent être dirigés vers la nappe de scorie qui se déverse.
Fig. 8 représente une variante ae fige 7 mais coin-
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portant une disposition différente des tubes 65 constituant le fond et des tubes réfrigérants 66, cette disposition constituant une évacuation double pour la scorie granulée.
Fig. 9 et 10 représentent une construction de brûleurs modifiée.
Fig. 11 représente un fond de foyer dans lequel les tubes 67 sont garnis d'une couche de matière réfrac- taire 68 à laquelle la scorie'solidifiée adhère comme in- diqué en 69. Au-dessus de la. scorie solidifiée est cons- tituée une scorie visqueuse 70 qui est elle-même surmontée du bain 80 de scorie liquide.
Fig. 12 représente schématiquement une construc- tion connue des tuyères à combustible pour le chauffage tangentiel, cette disposition pouvant être appliquée à l'une quelconque des constructions de foyer précédemment dé- crites. Les tuyères de soufflage peuvent aussiêtre dis- posées tangentiellement pour provoquer une action de tourbil- lonnement.
Le bain de scorie à l'état incandescent produit par les dispositions précédemment aécrites renvoie la cha- leur vers les brûleurs et provoque un allumage rapide et une combustion efficace. Le heurt de la flamme contre le bain de scorie permet de réduire l'air, ce qui élève la tempé- rature du four et maintient les températures de liquéfac- tion de la scorie. En introduisant l'air à une vitesse élevée au-dessus de la zone de scorification. on assure une combustion complète des gaz combustibles mis en liberté dans cette zone, l'agitation de la flamme assurant une combustion complète malgré la grande quantité de chaleur absorbée par unité de temps par les parois.
Pour empêcher les fuites de scorie fondue entre les tubes ou toute matière réfractaire portée par lea tu bes, on peut donner à la couche de scorie une épaisseur suf-
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fiaante, dans toutes les conditions de service, pour em- pêcher la couche, considérée dans la direction verticale, de fondre entièrement.