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Perfectionnements aux générateurs de vapeur.
L'invention se rapporte aux générateurs de vapeur dans lesquels la vapeur est produite par des procédés direct et indirect combinés, et elle a pour objet., en ordre principale une construction ou disposition perfectionnée de générateur de vapeur particulièrement avantageuse pour la production de grandes quantités de vapeur à hautes pressions et tempéra- tures élevées.
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En outre des éléments constructifs usuels, le généra- teur qui fait l'objet de cette invention comporte un cer- tain nombre de tubes d'eau chauffés extérieurement qui dé- bouchent dans un ou plusieurs corps cylindriques du type habituel, un certain nombre d'éléments surchauffeurs chauffés extérieurement et un ou plusieurs éléments chauffants.
Les éléments chauffants peuvent être disposés dans un ou plusieurs évaporateurs séparés, ou, suivantune variante, ils peuvent être disposés à la fois dans le ou les corps cylindriques et le ou les évaporateurs. Ces derniers sont de préférence raccordés au corps cylindrique, ou corps cy- lindriques, uniquement du côté/ou à la fois du côté vapeur et du côté eau.
La production directe de la vapeur est effectuée de la manière usuelle, soit par rayonnement ou convection de la chaleur aux tubes d'eau, soit par une combinaison de ces deux modes de transmission de la chaleur. Pour la production indirecte, la vapeur saturée produite dans la chaudière est surchauffée en deux ou plusieurs étages, entre lesquels la vapeur surchauffée est utilisée pour produire une quantité supplémentaire de vapeur dans un ou plusieurs évaporateurs.
La vapeur surchauffée n'est pas mélangée à l'eau qui doit être évaporée dans les évaporateurs. Comme le courant de vapeur qui parcourt les éléments surchauffeurs et les éléments chauffants implique une chute de pression entre la ou les chambres de vapeur saturée et la ou les sorties du gé- nérateur, la vapeur dans les éléments chauffants se trouve à une pression plus faible que l'eau en ébullition à l'ex- térieur de ceux-ci et ne peut donc pas être refroidie à sa température de saturation. Ceci réduit la possibilité de
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formation des incrustations à l'intérieur des tubes de vapeur.
De préférence, l'installation est établie de maniè- re à amener la vapeur surchauffée à proximité du point de saturation, mais en la laissant encore surchauffée en réglant le moment où elle quitte chaque évaporateur pour retourner au surchauffeur. La vapeur produite dans les évaporateurs peut être ajoutée à la vapeur produite dans la chaudière proprement dite ou être utilisée séparément.
La. vapeur envoyée dans le premier étage du surchauf- feur peut être prise soit dans le ou les corps cylindriques, soit dans le ou les évaporateurs, soit en un ou plusieurs points convenables.quelconques des conduites de vapeur qui relient les corps cylindriques entre eux ou les évaporateurs aux corps cylindriques.
Si tous les corps cylindriques et les évaporateurs sont reliés entre eux du côté vapeur, toute la vapeur sa- turée produite dans le générateur est mélangée avant de pé- nétrer dans le premier étage du surchauffeur. Elle est alors conduite alternativement dans la suite des éléments surchauf- feurs et des éléments chauffants.
La vapeur est surchauffée à la température voulue dans un étage final avant de quitter le générateur.
Les corps cylindriques d'évaporateurs peuvent être pourvus d'échangeurs de chaleur à surface, constitués par des faisceaux de tubes qui y sont installés. Au lieu d'em- ployer des corps d'évaporateurs séparés pour chacun des fais- ceaux de tubes évaporateurs que la vapeur traverse entre deux étages consécutifs de surchauffe, on peut placer plu- sieurs faisceaux de tubes évaporateurs dans un corps ou cy- lindre évaporateur commun.
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La vapeur produite dans la chaudière peut être en- voyée dans la chambre de vapeur de l'évaporateur avant d'ê- tre amenée dans le premier .surchauffeur. L'évaporateur agit alors comme un séparateur pour enlever l'humidité de la va- peur qui y est contenue, de sorte qu'il est permis de lais- ser la vapeur de la chaudière entrainer des quantités appré- ciables d'eau. Comme le primage n'a dans ces conditions que peu de conséquence, on peut donner de faibles dimensions au corps cylindrique., ou corps cylindriques, de la chaudiè- re proprement dite.
On peut. se,. dispenser de relier un ou plusieurs des évapo- rateurs au corps cylindrique, ou corps cylindriques, du cô- té vapeur saturée. La vapeur produite indirectement dans ces évaporateurs non reliés peut se trouver à la même pression ou à une pression différente de celle de la vapeur produite dans le ou les corps cylindriques et peut être conduite dans un surchauffeur séparé ou une série séparée d'étages de sur- chauffe et de chauffage avant de quitter le générateur. Il peut y avoir une série de circuits séparés soit à la même pression, soit à des pressions.différentes.
La disposition qui comporte deux ou plusieurs circuits différents à des pres- sions différentes peut être employée avantageusement pour alimenter une turbine compound ou autre machine analogue, la vapeur des différents circuits étant amenée aux diffé- rents étages de la turbine. Alternativement ou simultanément.,, la vapeur produite dans un ou plusieurs circuits peut être envoyée à l'extrémité haute pression d'une turbine et la vapeur produite dans un ou plusieurs des autres circuits peut être employée pour réchauffer la vapeur motrice entre les étages de détente de la turbine.
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L'arrivée d'eau d'alimentation peut être commune à tous les corps de chaudière et les évaporatiours, ou bien l'eau d'alimentation peut être envoyée à l'un ou plusieurs des corps cylindriques ou corps de chaudière seulement, ou à l'un ou plusieurs des évaporateurs seulement, des con- duits de raccordement appropriées étant, au besoin, reliées aux autres évaporateurs ou corps.
Dans une autre disposition, un ou plusieurs ou la tota- lité des évaporateurs peuvent recevoir l'eau d'alimentation de sources autres que celles qui alimentent le ou les corps de chaudière et les circuits d'eau d'alimentation de cet é- vaporateur ou de ces évaporateurs peuvent être disposés tout à fait séparément du circuit d'alimentation du ou des corps de chaudière. Différents évaporateurs peuvent aussi recevoir l'eau d'alimentation d'une série de circuits d'ali- mentation différents. On peut si on le désire ne pas relier les chambres d'eau des évaporateurs et/ou des corps de chau- dière alimentés d'eau par une source particulière, aux cham- bres d'eau des évaporateurs alimentées par une ou plusieurs autres sources.
Si le générateur est pourvu d'un économiseur ou de réchauffeurs d'eau d'alimentation d'un autre type l'eau d'alimentation de chaque source peut traverser une section séparée de l'économiseur du du réchauffeur d'eau d'a- limentation, les sections séparées n'étant pas reliées entre elles du côté eauo Les fractions de vapeurs saturée obtenues par lévaporation de l'eau provenant de différentes sources peuvent être mélangées avant d'être soumises à la surchauffe ou bien on peut les faire passer dans des circuits de sur- chauffe et de refroidissement.
Si on le désire,, on peut évaporer des liquides diffé- rents dans la chaudière et le ou les corps d'évaporateurs.
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Dans une autre disposition on peut munir chaque corps de chaudière et chaque évaporateur d'arrivées d'eaud'alimen- tation séparées, deux ou plusieurs sources séparées étant prévues si on le désire pour chaque corps ou chaque évapora- teur.
De préférence, les tubes qui garnissent les parois latérales de la chambre de combustion sont raccordés à leurs extrémités aux collecteurs supérieurs et aux collecteurs in- férieurs et si l'on doit employer du combustible pulvérisé ou un combustible liquide, le fond de la chambre de combustion qui peut avoir une forme de trémie, est garni d'une manière si milaire de tubes d'eau qui relient ces collecteurs inférieurs aux collecteurs du fond disposés près du cendrier. Des tubes ordinaires ou des tubes à ailettes peuvent être employés et si on le désire ils peuvent être mis d'une manière connue à l'abri de l'action directe de la flamme du foyer par un revêtement de matière réfractaire ou autre.
La chambre de surchauffe peut être séparée de la chambre de combustion qui peut être sensiblement rectangulai- re et pourvue de parois garnies de tubes d'eau, par une ou plusieurs rangées des tubes d'eau à l'extérieur desquels les gaz de combustion doivent passer avant de venir en contact avec les tubes de surchauffeur. La ou les rangées de tubes d'eau peuvent être parcourues par une partie de l'eau qui cir- cule dans les tubes des parois.
La chambre de surchauffe peut être disposée au-dessus d'une partie de la chambre de combustion et une chicane peut être employée pour protéger les surchauffeurs de l'action directe de la chaleur rayonnée de la chambre de combustion.
Une telle chicane peut aussi servir à réduire ou régler le @ --
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passage des gaz passant de la chambre de combustion dans la chambre de surchauffe.
Les tubes d'eau de l'une ou de plusieurs des parois de la chambre de combustion peuvent former eux-mêmes la chi- cane.
Suivant une autre disposition., les surchauffeurs peuvent être disposes directement au-dessus de la chambre de combustion dans un prolongement vertical de celle-ci qui est aussi garnie de tubes d'eau et constitue un carneau de montée des gaz brûlés quittant la chambre de combustion.
Les gaz de combustion peuvent quitter la chambre de surchauffe à une température relativement froide, et la chaleur qu'ils conservent peut être utilisée comme d'habitude dans un économiseur (ordinaire ou à vapeur) et dans un ré- chauffeur d'air qui peut être convenablement disposé sur le côté des chambres de surchauffe et de combustion.
De ce qui précède, il ressort que l'invention crée un mode de production de vapeur à haute pression et à tempé- rature élevée pour l'exécution duquel on peut employer une chaudière de combustion simple, comportant un nombre relati- vement restreint de tubes d'eau et ne nécessitant qu'un pe- tit corps cylindrique. La chaudière sert essentiellement à modérer la chaleur de la flamme du foyer avant qu'elle n'attei gne.les tubes de surchauffe.
Le nombre de tubes évaporatoires est réduit à ce- lui nécessaire pour garnir la paroi du foyer., une partie seu- lement de la quantité totale de vapeur produite et finalement distribuée étant produite dans ces tubes. Ceux-ci et leurs prolongements sont les seuls qui soient soumis au rayonne- ment direct de la chaleur du foyer et ce sont aussi les .
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seuls tubes dans lesquels la circulation du liquide se fait sous l'action de la pesanteur, et on constatera qu'on peut pratiquement employer la hauteur totale du générateur pour maintenir cette circulation naturelle.
La construction de surchauffeurs et d'évaporateurs susceptibles d'être employés suivant l'invention est sim- ple et peu coûteuse en comparaison de la fabrication des chaudières à tubes d'eau établies d'après les règles de cons- truction usuelles pour donner la même production des vapeurs, les corps cylindriques de ces chaudières devant être plus grands en raison des quantités plus grandes de vapeur à éva- porer et étant en outre affaiblis par les raccords d'un grand nombre de tubes d'eau.
Il est à remarquer que comme la transmission de la chaleur dans une partie considérable de la surface de chauf- fe se fait à la vapeur surchauffée ou de la vapeur surchauf- fée, les surfaces de transmission de la chaleur peuvent être constituées par des tubes de calibre relativement faible, dans lesquels le sens du courant de vapeur et la distribution de la vapeur peuvent être déterminés préalablement, de telle sorte qu'on peut obtenir une transmission de chaleur très efficace et donner à l'installation des dimensions réduites :
Comme la chambre de surchauffe peut être disposée en- tièrement en dehors des tubes qui produisent la vapeur, le montage et le démontage des surchauffeurs peuvent se faire très facilement.
Dans certains cas, il peut être désirable de garnir également la chambre de surchauffe de tubes d'eau, et les surchauffeurs sont alors formés de sections intercalées et suspendues entre ces tubes d'eau.
Il est évident que ce type de chaudière se prête au
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maintien d'une température constante de la vapeur qui quit- te l'installationo On peut atteindre ce but de différente manière, par exemple en faisant varier le niveau de l'eau dans les évaporateurs, ou en faisant passer de la vapeur surchauffée en dérivation sur les serpentins des évapora- teurs. On peut faire varier le niveau de l'eau dans les évaporateurs de différentes façons, par exemple en réglant l'arrivée de l'eau d'alimentation aux évaporateurs s'il exis- te une amenée d'eau d'alimentation séparée ou bien, si le corps cylindrique de l'évaporateur est raccordé au corps de chaudiè- re, du côté eau, par des tuyaux compensateurs, en étranglant la vapeur dégagée dans l'évaporateur ou dans le corps de chaudière.
Les soupapes de réglage peuvent être actionnées à la main ou par la variation de température de la vapeur quittant le générateuro
En outre, la présente invention concerne un disposi- tif servant à maintenir, dans une même chaudière l'eau fraî- che d'appoint entièrement séparée de l'eau de condensation ramenées;dans le circuit, l'eau fraîche d'appoint étant en- voyée dans l'un ou plusieurs des évaporateurs qui font par- tie du générateur et dont les chambres d'eau ne sont toutefois pas reliées aux chambres d'eau des autres éléments du généra- teur. L'eau fraîche d'appoint ou une partie de cette eau n'est donc pas mélangée à l'autre eau du générateur et est évaporée séparément dans les évaporateurs.
Il n'est donc pas nécessaire d'avoir une installation d'évaporation indé- pendante pour la totalité ou une partie de l'eau d'appoint et on peut ainsi réaliser une économie considérable à la fois dans les frais de premier établissement et dans les frais d'ex-
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ploitation, en comparaison des installations de production de vapeur du type conventionnel.
Différentes dispositions suivant l'invention sont représentées schématiquement à titre d'exemple sur les Figs.
1 à 9 des dessins annexés et les Figs. 10 à 17 montrent schématiquement quelques formes de construction de l'inven- tion. our la commodité , les tubes des éléments du surchauf- feur et des éléments chauffants des évaporateurs ne sont re- présentés que par de simples traits et il en est de même des tubes d'économiseurs lorsque ceux-ci sont indiqués.
Dans la disposition représentée sur la Fig.l, la vapeur est produite dans les tubes 1 chauffés extérieure- ment, qui peuvent être disposés et reliés entre eux de toute manière appropriée, et elle est déchargée dans le corps cylindrique d'eau et de vapeur 2. La vapeur saturée de ce dernier est amenée à un embranchement 3 et de là elle est envoyée avec la vapeur venant des évaporateurs 4, 5 et 6, dans un élément surchauffeur 7 où elle est surchauffée à la température voulue, pour être conduite ensuite dans un élément chauffant 8 placé dans l'évaporateur 4. La vapeur est refroidie dans cet élément,évaporant ainsi une nouvelle quantité de vapeur dans l'évaporateur, puis elle est amenée au second élément surchauffeur 9 et ensuite,d'une manière semblable, alternativement aux éléments chauffants 10 et 11 et aux éléments surchauffeurs11 et 13.
Du dernier élément surchauffeur 13, la vapeur est conduite à une machine motrice 14 ou autre appareil consommant de la vapeur. Les éléments surchauffeurs 7,9, 11 et 13 peuvent être disposés de telle manière que la vapeur y circule en sens contraire du courant des gaz da combustion du foyer, ou bien ils peuvent être établis de façon à être parcourus dans le même sens que le courant des gaz brûlés, ou encore on peut réaliser une cir-
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culation à contre-courant et courant parallèle combinés, ou choisir toute autre disposition appropriéeo La vapeur produite indirectement dans les évaporateurs 4, 5 et 6 est amenée à l'embranchement 3 où elle se mélange à la vapeur venant du corps 2.
Dans la disposition représentée sur la Fige 2, le courant de vapeur circule d'une façon générale comme sur la Fig.1, mais les éléments chauffants 8, 10 et 12 sont tous placés dans un seul évaporateur 40
La disposition représentée sur la Fig.3 est sembla- ble, d'une manière générale, à celle de la Fig.2, sauf que la vapeur du corps cylindrique 2 est envoyée par un conduit 15 dans l'évaporate ur 4 et de là, avec la vapeur produite indirectement, dans le premier élément surchauffeur 7 par une conduite 16.
La disposition représentée sur la Fig.4 est sem- blable, d'une façon générale, aux dispositions précédentes, s'au? que la vapeur produite indirectement dans l'évaporateur 4 est amenée par une conduite 15 dans le corps cylindrique 2 et de là, avec la vapeur produite directement, par une con- duite 17 dans le premier surchauffeur 7. L'élément chauf- fant 10 est-disposé dans le corps cylindrique 2 et les élé- ments chauffants 8 et 12 dans l'évaporateur 4.
La disposition représentée sur la Fig.5 comporte deux circuits de vapeur séparéso Le premier circuit comprend le corps cylindrique 2, les éléments surchauffeurs 7, 9, et 11, et les éléments chauffants 8 et 10, disposés dans les évaporateurs 4 et 60 Toutefois, les évaporateurs ne)sont pas reliés à ce circuit du côté vapeur saturée. La vapeur de ce circuit est envoyée à la partie basse pression 14c d'une tur-
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bine ou machine à vapeur compound. Le second circuit comprend les évaporateurs 4 et 6, l'élément surchauffeur
13 et la partie haute pression 14a de la turbine ou machi- ne à vapeur.
Les deux circuits se réunissent à l'entrée de la partie basse pression 14c de la turbine ou autre machine. L'un des évaporateùrs 4 et 6 ou tous les deux sont reliés au corps cylindrique 2 du c8té eau.
La disposition représentée sur la Fig. 6 comporte deux circuits séparés et est semblable, d'une façon générale, à celle de la Fig.5. Dans ce cas, toutefois, le premier cir- cuit comprend le corps cylindrique 2, les éléments surchauf- feurs 7 et 9 et l'élément chauffant 8, placé dans l'évapora- , teur 4 qui toutefois n'est pas relié à ce circuit du côté vapeur saturée. Le second circuit comprend les évaporateurs 4 et 6, les éléments surchauffeurs 11 et 13, l'élément chauf- fant 10 placé dans l'évaporateur 6, et la partie haute pression 14a de la turbine ou autre machine.
La disposition représentée sur la Fig. 7 comporte deux circuits entièrement séparés, dont l'un est fermé. La vapeur produite indirectement dans le circuit fermé est em- ployée pour réchauffer la vapeur produite dans le premier circuit après que celle-ci a accompli une partie de son travail dans la turbine ou la machine à vapeur. Le premier circuit comprend le corps 2, les éléments surchauffeurs 7 et 9, l'élément chauffant 8 placé dans l'évaporateur 4, la partie haute pression 14a de la turbine ou autre machine, le côté vapeur vive du réchauffeur 19 et la partie basse pression 14c de la turbine ou machine à vapeur.
Le second circuit, qui est fermé, comprend l'évaporateur 4, l'élément .de chauffage 18 disposé dans le réchauffeur 19 et une pompe
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20 qui ramène l'eau condensée de l'élément chauffant 18 dans l'évaporateur 4. Au lieu de se servir d'une pompe 20, on peut employer d'autres moyens pour ramener l'eau condensée de l'élément chauffant 18 dans l'évaporataur 4, comme par exemple celui qui consiste à placer l'évapora- teur 4 en dessous du réchauffeur 19 de façpn que l'eau condensée y soit ramenée par gravité.
La fig.8 montre un dispositif d'amenée d'eau d'a- limentation qui peut être appliqué à chacun des générateurs ci-dessus décrits. La vapeur est engendrée dans les tubes d'eau chauffés extérieurement 1, qui peuvent être disposés et reliés entre eux de toute manière appropriée et se dé- charger dans le corps cylindrique d'eau et de vapeur 2. La vapeur saturée du corps 2 est amenée à un embranchement 3 et de là, avec la vapeur venant des évaporateurs 4, 5 et 6, à l'élément surchauffeur 7 où elle est surchauffée à la température désirée, pour être ensuite envoyée à l'élément chauffant 8 placé dans l'évaporateur 4.
La vapeur est re- froidie dans cet élément, provequant ainsi l'évaporation d'une nouvelle quantité de vapeur, puis elle est conduite au second élément surchauffeur 9 et ensuite, d'une manière sem- blable, dans les éléments chauffants 10 et 12 et les éléments surchauffeurs 11 et 13, en alternant. Du dernier éléments surchauffeur 13, la vapeur est conduite à une machine motrice 14 ou autre appareil consommant de la vapeur. La vapeur produite indirectement dans les évaporateurs 4, 5 et 6 est amenée à l'embranchement 3 où elle est mélangée à la vapeur venant du corps de vapeur et d'eau 2.
La chambre d'eau de l'évaporateur 5 est reliée à
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la chambre d'eau du corps de vapeur et d'eau 2 par des tubes 21.
L'évaporateur 5 et le corps 2 sont alimentés par un tuyau ou une série de tuyaux 23 au moyen d'eau conden- sée ramenée de la machine motrice ou autre appareil consom- mant la vapeur. Les chambres d'eau des évaporateurs 4 et 6 sont raccordées entre elles par des tubes 22 et sont alimen- tées par un tuyau ou une série de tuyaux 24 au moyen d'eau d'appoint fraîche. Des tuyaux 25 permettent l'enlèvement des boues accumulées dans les évaporateurs 4 et 6. Les cham- bres d'eau des évaporateurs 4 et 6 ne sont pas reliées aux chambres d'eau du corps de vapeur et d'eau 2 et de l'évapora- teur 3 qui sont reliées entre elles.
La disposition représentée sur la Fig. 9 est analo- gue à celle représentée sur la Fig. 8, mais chaque corps de chaudière ou chaque évaporateur distinct peut tre alimen- té d'eau provenant alternativement de deux sources séparées.
Dans ce but,deux tuyaux d'embranchement 27 et 29 sontreliés au tuyau d'alimentation 26 de chaque évaporateur ou corps de chaudière. Le tuyau d'embranchement 27 est relié à la con- duite d'alimentation 31 amenant l'eau de l'une des sources et le tuyau d'embranchement 29 est relié à la conduite d'alimentation 32 amenant l'eau d'une autre source. A l'aide des soupapes 28 et 30, on peut raccorder l'évaporateur ou corps de chaudière à l'une ou l'autre de ces conduits d'ali- mentation ou les isoler de celles-ci. Cette disposition est avantageuse lorsque les conditions de fonctionnement de l'ins- tallation sont variables et que la proportion d'eau d'appoint fraîche par rapport à 1%au condensée doit être changée de temps à autre.
Le corps cylindrique 2 et les évaporateurs 4,
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5 et 6 ne sont pas reliés entre eux du côté eau.
Dans la disposition représentée schématiquement en cou- pe transversale sur la figo 10, 1 désigne une chambre de combustion propre à brûler un combustible liquide, solide, pulvérisé ou gazeux. Les parois de la chambre de combustion sont garnies de tubes d'eau 2, 2a,etc qui déchargent leur vapeur dans le corps cylindrique de vapeur et d'eau 3 et as- surent la production directe de la vapeur. Les tubes peuvent être lisses ou être pourvus d'ailettes ou, si on le désire, ils peuvent être protégés, de la manière connue contre l'ac- tion directe de la flamme du foyer par un revêtement de ma- tière réfractaire ou autre.
Une chambre de surchauffe 4 est disposée au-dessus de la partie postérieure de la chambre de combustion. Le fond 5 de la chambre de surchauffe est formé en recourbant con- venablement les tubes garnissant le sommet de la chambre de combustion, les tubes étant, sur la partie formant ce fond 5, intimement rapprochés les uns des autres, ou pourvus d'ailettes, ou noyés dans une maçonnerie réfractaire ou au- tre, de telle manière qu'ils forment un écran qui protège les éléments surchauffeurs 7 et 8 de l'action directe de la flamme du foyer. A l'entrée 6 dela chambre de surchauffe 4, on laisse les tubes d'eau à nu à leur partie supérieure, de manière que les produits de combustion puissent quitter la chambre de combustion 1 et pêne trop dans la chambre de surchauffa entre les tubes.
9 est un évaporateur qui peut être disposé soit ho- rizontalement, comme c'est représenté sur les dessins, soit verticalement. La production indirecte de la vapeur se fait dans cet évaporateur et la chambre de vapeur est raccordée
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au corps cylindrique 3 par un ou plusieurs tuyaux 10.
La totalité de la vapeur produite dans le corps cylindri- que 3 et dans l'évaporateur 9 arrive par les tuyaux 10 à l'embranchement 11 et de là elle est envoyée par un ou plusieurs tuyaux 12 au premier élément surchauffeur 8, où' elle est surchauffée à la température nécessaire. De l'é- lément surchauffeur, 8 la vapeur passe par un ou plusieurs tuyaux 13 à l'élément chauffant 14 placé dans l'évaporateur 9. La vapeur est refroidie dans l'élément 14, qui sert ainsi à la production indirecte de la vapeur. De l'élément àhauffant 14, la vapeur passe par un ou plusieurs tuyaux 15 au second élément surchauffeur 7 où elle est surchauffée à la température finale désirée. Elle quitte alors le généra- teur de vapeur par un ou plusieurs tuyaux 16.
Les produits de la combustion, après avoir quitté la chambre du surchauffeur 4, sont conduits à un économiseur 17 et un réchauffeur d'air 18 et ils sont ensuite aspirés au moyen d'un ou de plusieurs ventilateurs, non représentés sur le dessin, et déchargés dans une cheminée.
La chambre de combustion 1 représentée sur le des- sin est pourvue d'un fond garni de tubes d'eau ou écran d'eau 19 du type connu en forme de trémie ou d'Entonnoir. Il est évidente toutefois, que la chambre de combustion peut être pourvue de tout autre type de fond et que sa partie inférieu- re peut être convenablement modifiée pour le chauffage au moyen de chargeurs automatiques, le chauffage à l'huile, le chauffage aux gaz ou tout autre mode de chauffage.
La disposition représentée sur la Fig.ll est sem- blable, d'une façon générale, à celle représentée sur la Fig.
10. Le corps cylindrique 3 et l'évaporateur 9 sont toute-
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fois disposés à la partie postérieure du générateur. Les tubes d'eau 5, 6 qui forment le prolongement des tubes d'eau 2 garnissant la paroi postérieure de la chambre de combustion, s'étendent transversalement à cette dernière à son sommet.
Le corps cylindrique 3 peut être placé dans la position re- présentée en traits mixtes en 3a.
Dans la disposition représentée sur la fig.12, qui est semblable dans ses grandes lignes à celle représentée sur la Fig. 10, les tubes d'eau qui forment le prolongement des tubes d'eau 2 qui garnissent la paroi postérieure de la cham- bre de combustion sont alternativement disposés en travers de la chambre de combustion, comme le tube 5-6a, et recourbés d'une manière semblable à ceux représentés sur la Fig.10, comme le tube 5-6b. Dans le générateur représenté sur la Fig.12, le circuit de la vapeur est un peu différent de ce- lui des dispositions représentées sur les figures précéden- tes.
La vapeur du corps cylindrique 5 et de l'évaporateur 9 est amenée par les tuyaux 10 à l'embranchement 11, d'où elle est envoyée par le tube 12 aux deux étages 20 et 21 des premiers éléments surchauffeurs, circule dans les deux étages en série et est ensuite conduite par le tube 13 à l'élément chauffant 14 placé dans l'évaporateur 9. A sa sor- tie de l'évaporateur 14, la vapeur est amenée par le tube 15 aux deux étages 22 et 23 du second élément surchauffeur, les deux étages étant disposés en série, et après avoir traversé l'étage 23, elle quitte le générateur par le tube 16.
La disposition représentée sur la Fig.13 est sembla- ble,d'une façon générale,, à celle représentée sur la Fig.10, n
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mais la chambre 4 du surchauffeur s'étend davantage au-des- sus de la chambre de combustion 1 et les parties 6 des tubes d'eau 5-6 qui forment le prolongement des tubes d'eau 2 gar- nissant la paroi postérieure du foyer sont disposées en quin- conce de manière à augmenter la section de passage laissée libre aux produits de combustion allant de la chambre de combustion 1 à la chambre 4 du surchauffeur.
La disposition représentée sur la Fig.14 est sem- blable dans ses grandes lignes, à celle représentée sur la Fig. 10 ; toutefois, elle présente une caractéristique supplémentaire importante qui réside dans la disposition des tubes d'eau 5-6-24 formant le prolongement des tubes d'eau 2 qui garnissent la face postérieure du foyer.
Les tubes d'eau 5-6-24 sont pourvus d'ailettes ou recouverts de blocs en matière réfractaire ou autre matière sur les tron- çons 5 et 24 de manière à fornier des chicanes, la chicane 5 servant de fond à la chambre de surchauffe 4 et protégeant les éléments surchauffeurs 7 et 8 contre l'action directe de la flamme du foyer, tandis que la chicane 24 forme le som- met de la chambre de combustion et protège le corps cylin- drique 3 de l'action directe de la chaleur du foyer.
La vapeur circule de la même manière que dans la disposition suivant la Fig. 10 ; toutefois, l'évaporateur ou les évaporateurs sont constitués par des récipients cy- lindriques verticaux 27 convenablement disposés à l'exté- rieur de la chambre 4 du surchauffeur. Les éléments chauffants montés dans les évaporateurs 27 sont constitués par des tu- bes 28 en forme d'épingles à cheveux dont les deux extrémi- tés sont encastrées dans une plaque à tubes 31.
L'espace en-dessous de celle-ci est divisé en deux parties, dont
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l'une 29 sert de chambre d'admission à la vapeur arrivant par le tuyau 13 du premier élément surchauffeur 8, tandis que l'autre 30 sert de chambre de sortie de la vapeur après qu'elle a abandonne une partie de sa chaleur en circulant dans les tubes 28 et provoqué ainsi une évaporation supplé- mentaire de vapeur dans l'évaporateur 27. De la chambre 30' la vapeur est amenée par le tuyau 15 au second élément sur- chauffeur 7 où elle est surchauffée à la température qu'el- le doit avoir à la sortie 16 du générateur.
La vapeur produite indirectement dans l'évapora- teur 27 est amenée par un ou des tuyaux 10 dans le corps cy- lindrique 3. La chambre d'eau 3 de l'évaporateur 27 est rac- cordée à la chambre d'eau du corps 3 au moyen d'un ou plu- sieurs tuyaux 35. Un certain niveau d'eau est ainsi mainte- nu dans l'évaporateur 27. Ce niveau peut être réglé à la main ou par des dispositifs automatiques, par exemple par étranglement de la vapeur de l'évaporateur au moyen d'une soupape 32 actionnée à la main ou réglée automatiquement et disposée dans le tuyau 10. La quantité de chaleur cédée par la vapeur circulant dans les tubes 28 dépend du niveau de l'eau dans l'évaporateur 27, et l'on peut en faisant va- rier ce niveau régler efficacement la température finale de la vapeur quittant le générateur de vapeur.
On peut aussi régler la température finale de la vapeur à la sortie du générateur en disposant un tuyau de dé- rivation 33 muni d'une soupape 34 entre le tuyau 13 qui amè- ne la vapeur dans le chambre d'entrée 29 de l'évaporateur 27 et le tuyau 15 qui évacue la vapeur de la chambre de sortie 30 de cet évaporateur 27. La soupape 34 peut être réglée à la main ou automatiquement et la quantité de vapeur surchauf-
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fée passant en dérivation par rapport à l'élément chauf- fant 28 de l'évaporateur 27 peut ainsi être réglée. On cons- tatera que la température finale de la vapeur à la sortie du générateur dépend de la quantité de vapeur de chauffage pas- sant en dérivation par rapport à l'élément chauffant 28.
Après avoir quitté la chambre 4 du surchauffeur, les produits de la combustion traversent un économiseur 17 et un réchauffeur d'air 18 qui est représenté sur le dessin comme étant du type rotatif pour être ensuite conduits à la chemi- née. 25 est un ventilateur de tirage forcé qui envoie l'air par le conduit 36 au réchauffeur d'air 18 et de là par le con- duit 37 à la chambre de combustion 1.
Un ou plusieurs tuyaux 26 amènent l'eau chaude ou un mélange d'eau et de vapeur de l'économiseur 17 dans le corps 3.
La fig. 15 montre un générateur double face qui est une combinaison symétrique de deux générateurs du type repré- senté sur la Fig. 10. Le générateur teprésenté comporte un corps cylindrique 3-et quatre évaporateurs 14, 14a, 14b et 14c ces évaporateurs étant disposés par paires de chaque côté du corps 3. Les chambres de vapeur saturée du corps 3 et des évaporateurs 14, 14a, 14b et 14c sont raccordées entre elles au moyen des tuyaux 10, deux raccords étant établis en 11 et 11a.
Du raccord 11, une partie de la vapeur saturée est amenée successivement dans l'élément surchauffeur 8, Isolément chauffant 14 monté dans l'évaporateur 9, l'élément surchauffeur 8b, l'élément chauffant 14b monté dans l'évapo- rateur 9b, et le dernier surchauffeur 7. Du raccord 11a, l'autre partie de la vapeur saturée est amenée suivant un jarcours . parallèle, successivement dans l'élément surchauffeur
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8a, l'élément chauffant 14a monté dans l'évaporateur 9a, l'élément surchauffeur 8c, l'élément chauffant 14c monté dans l'évaporateur 9c, et le dernier surchauffeur 7a.
Les produits de combustion quittent la chambre de combustion 1 par deux sorties, l'une disposée entre les sec- tions 6 des tubes d'eau supérieurs 5-6 et l'autre entre les sections 6a des tubes d'eau opposés 5a-6a.
La disposition représentée sur la Fig.16 est sembla- ble, d'une façon générale, à celle représentée sur la Fig.10.
Les tubes d'eau 40 qui forment le prolongement des tubes d'eau 8 garnissant la paroi postérieure de la chambre de combustion 1 sont, toutefois, disposés derrière la chambre de surchauffe 4 dans le sens du courant des produits de com- bustion. Des intervalles convenables sont ménagés entre les tubes 40 en vue de former un passage pour les produits de combustion de la chambre de surchauffe 4 à l'économiseur 17.
On remarquera que dans cette disposition, les produits de combustion ne traversent pas une rangée de tubes d'eau avant de pénétrer dans la chambre de surchauffe 4. Les tubes
2 qui garnissent la paroi postérieure de la chambre de com- bustion 1 sont toutefois recourbés à leur partie supérieure de manière à former un saillant 38-39. Les tubes 2 sont pourvus d'ailettes ou recouverts de blocs réfractaires ou autres sur toute leur longueur,y compris le saillant 38-
39, de telle sorte que ce dernier protège efficacement les éléments 7 et 8 du surchauffeur de l'action directe de la flamme du foyer. La partie 39 de ce saillant forme le fond de la chambre de surchauffe 4.
Les tubes 2a qui garnissent la face antérieure de '\la chambre de combustion 1 sont raccordés au sommet à des
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tubes 41 qui débouchent dans le corps 3. Les tubes 41 forment le sommet de la chambre de surchauffe 4.
Une autre position du corps 3 est représentée en traits mixtes en Sa,.
Dans la disposition représentée en coupe transver- sale sur la fig.17, les tubes 5 de la paroi supérieure sont conformés de manière à réduire la section transversale du prolongement supérieure de la chambre de combustion 1, de telle sorte que cette dernière présente en coupe verticale sensiblement une forme de bouteille. Les éléments 7 et 8 du surchauffeur sont disposés directement dans le prolonge- ment supérieur de la chambre de combustion 1 et sont insérés horizontalement entre les tubes 5 des parois supérieures auxquels ils peuvent être fixés. Un support intermédiaire 42 est établi pour les éléments 7 et 8 du surchauffeur et est suspendu à son tour aux étriers 43 qui portent le corps cy- lindrique 3. Le support 42 peut, si on le désire, être re- froidi par une circulation d'eau.
Une sortie 6 est aménagée pour les produits de la combustion au-dessus de l'élément 8 du'surchauffeur et elle est formée comme précédemment par les intervalles laissés entre les tubes garnis d'ailettes ou de matière réfractaire ou autre 5-6.
Bien entendu, on pourrait encore apporter beaucoup d'autres modifications au générateur sans s'écarter du cadre de l'invention.
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Improvements to steam generators.
The invention relates to steam generators in which steam is produced by combined direct and indirect processes, and it mainly relates to an improved construction or arrangement of steam generator particularly advantageous for the production of large quantities of steam at high pressures and high temperatures.
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In addition to the usual constructive elements, the generator which forms the subject of this invention comprises a certain number of externally heated water tubes which open into one or more cylindrical bodies of the usual type, a certain number of 'externally heated superheating elements and one or more heating elements.
The heating elements can be arranged in one or more separate evaporators, or, alternatively, they can be arranged in both the cylindrical body (s) and the evaporator (s). These are preferably connected to the cylindrical body, or cylindrical bodies, only on the / or both the steam side and the water side.
The direct production of the steam is carried out in the usual manner, either by radiation or convection of heat to the water tubes, or by a combination of these two modes of heat transmission. For indirect production, the saturated steam produced in the boiler is superheated in two or more stages, between which the superheated steam is used to produce an additional amount of steam in one or more evaporators.
The superheated steam is not mixed with the water which must be evaporated in the evaporators. As the flow of steam flowing through the superheating elements and the heating elements involves a pressure drop between the saturated steam chamber (s) and the generator outlet (s), the steam in the heating elements is at a lower pressure. than water boiling outside them and therefore cannot be cooled to its saturation temperature. This reduces the possibility of
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formation of encrustations inside the steam tubes.
Preferably, the installation is set up so as to bring the superheated steam close to the saturation point, but still leaving it superheated by adjusting the moment when it leaves each evaporator to return to the superheater. The steam produced in the evaporators can be added to the steam produced in the boiler itself or be used separately.
The steam sent to the first stage of the superheater may be taken either from the cylindrical body (s), from the evaporator (s), or from one or more suitable points. Any of the steam conduits which connect the cylindrical bodies to each other. or evaporators with cylindrical bodies.
If all cylindrical bodies and evaporators are connected to each other on the steam side, all saturated steam produced in the generator is mixed before entering the first stage of the superheater. It is then carried out alternately in the series of superheating elements and of the heating elements.
The steam is superheated to the desired temperature in a final stage before leaving the generator.
The cylindrical bodies of evaporators can be provided with surface heat exchangers, consisting of bundles of tubes installed therein. Instead of using separate evaporator bodies for each of the evaporator tube bundles through which the steam passes between two consecutive superheating stages, several evaporator tube bundles can be placed in a body or cylinder. common evaporator.
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The steam produced in the boiler can be sent to the vapor chamber of the evaporator before being fed to the first superheater. The evaporator then acts as a separator to remove moisture from the vapor contained therein, so that it is permissible to allow the steam from the boiler to entrain appreciable amounts of water. As the priming has little consequence under these conditions, the cylindrical body, or cylindrical bodies, of the boiler proper can be given small dimensions.
We can. se ,. dispense with connecting one or more of the evaporators to the cylindrical body, or cylindrical bodies, on the saturated steam side. The vapor produced indirectly in these unconnected evaporators can be at the same pressure or at a different pressure than the vapor produced in the cylindrical body (s) and can be conducted in a separate superheater or a separate series of booster stages. - heater and heater before leaving the generator. There can be a series of separate circuits either at the same pressure or at different pressures.
The arrangement which comprises two or more different circuits at different pressures can be used advantageously to feed a compound turbine or other similar machine, the steam from the different circuits being supplied to the different stages of the turbine. Alternatively or simultaneously, the steam produced in one or more circuits can be sent to the high pressure end of a turbine and the steam produced in one or more of the other circuits can be used to heat the motive steam between the stages of the turbine. expansion of the turbine.
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The feed water inlet can be common to all boiler bodies and evaporators, or the feed water can be sent to one or more of the cylindrical bodies or boiler bodies only, or to one or more of the evaporators only, appropriate connection pipes being, if necessary, connected to the other evaporators or bodies.
In another arrangement, one or more or all of the evaporators can receive feed water from sources other than those which feed the boiler body (s) and the feed water circuits of this evaporator. or of these evaporators can be arranged quite separately from the supply circuit of the boiler body or bodies. Different evaporators can also receive feed water from a series of different feed circuits. If desired, it is possible not to connect the water chambers of the evaporators and / or the boiler bodies supplied with water by a particular source, to the water chambers of the evaporators supplied by one or more other sources. .
If the generator is equipped with an economizer or other type of feed water heaters the feed water from each source may pass through a separate section of the economizer from the water heater. - the feed, the separate sections not being interconnected on the water side o The saturated vapor fractions obtained by the evaporation of water from different sources can be mixed before being subjected to superheating or they can be passed through in overheating and cooling circuits.
If desired, different liquids can be evaporated in the boiler and the evaporator body (s).
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In another arrangement, each boiler body and each evaporator can be provided with separate feedwater inlets, two or more separate sources being provided if desired for each body or each evaporator.
Preferably, the tubes which line the side walls of the combustion chamber are connected at their ends to the upper manifolds and the lower manifolds and if pulverized fuel or liquid fuel is to be used, the bottom of the combustion chamber. combustion, which may have the shape of a hopper, is lined in such a way with water tubes which connect these lower collectors to the bottom collectors arranged near the ashtray. Ordinary tubes or finned tubes can be employed and if desired they can be shielded in a known manner from the direct action of the flame of the hearth by a coating of refractory material or the like.
The superheating chamber can be separated from the combustion chamber, which can be substantially rectangular and provided with walls lined with water tubes, by one or more rows of water tubes outside which the combustion gases must. pass before coming into contact with the superheater tubes. The row or rows of water tubes may be traversed by a portion of the water which circulates in the tubes of the walls.
The superheat chamber may be disposed above a portion of the combustion chamber and a baffle may be employed to protect the superheaters from the direct action of heat radiated from the combustion chamber.
Such a baffle can also be used to reduce or adjust the @ -
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passage of gases passing from the combustion chamber to the superheating chamber.
The water tubes of one or more of the walls of the combustion chamber may themselves form the choke.
According to another arrangement., The superheaters can be arranged directly above the combustion chamber in a vertical extension of the latter which is also lined with water tubes and constitutes a flue for rising burnt gases leaving the combustion chamber. combustion.
The flue gases can leave the superheat chamber at a relatively cool temperature, and the heat they retain can be used as usual in an economizer (ordinary or steam) and in an air heater which can be suitably disposed to the side of the overheating and combustion chambers.
From the foregoing, it emerges that the invention creates a method of producing steam at high pressure and at high temperature for the execution of which a simple combustion boiler can be used, comprising a relatively small number of tubes. of water and requiring only a small cylindrical body. The main purpose of the boiler is to moderate the heat of the fireplace flame before it reaches the overheating tubes.
The number of evaporating tubes is reduced to that necessary to line the wall of the furnace, only a part of the total quantity of vapor produced and finally distributed being produced in these tubes. These and their extensions are the only ones which are subjected to the direct radiation of the heat of the hearth and they are also the.
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only tubes in which the circulation of the liquid takes place under the action of gravity, and it will be seen that one can practically use the total height of the generator to maintain this natural circulation.
The construction of superheaters and evaporators capable of being used according to the invention is simple and inexpensive compared to the manufacture of water tube boilers established according to the usual construction rules to give the same production of vapors, the cylindrical bodies of these boilers having to be larger because of the greater quantities of steam to be evaporated and being further weakened by the connections of a large number of water pipes.
It should be noted that since the transmission of heat in a considerable part of the heating surface is by superheated steam or superheated steam, the heat transmitting surfaces can be formed by tubes of heat. relatively small size, in which the direction of the steam flow and the steam distribution can be determined beforehand, so that a very efficient heat transfer can be obtained and the installation can be reduced in size:
As the superheating chamber can be arranged entirely outside the tubes which produce the steam, the assembly and disassembly of the superheaters can be done very easily.
In some cases, it may be desirable to also line the superheating chamber with water tubes, and the superheaters are then formed of sections interposed and suspended between these water tubes.
It is obvious that this type of boiler is suitable for
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maintaining a constant temperature of the steam leaving the installation o This can be achieved in different ways, for example by varying the level of the water in the evaporators, or by passing superheated steam in bypass on the evaporator coils. The water level in the evaporators can be varied in different ways, for example by adjusting the feed water supply to the evaporators if there is a separate feed water supply or , if the cylindrical body of the evaporator is connected to the boiler body, on the water side, by compensating pipes, throttling the vapor released in the evaporator or in the boiler body.
The adjustment valves can be operated by hand or by the temperature variation of the steam leaving the generator.
In addition, the present invention relates to a device serving to maintain, in the same boiler, the fresh make-up water entirely separated from the condensed water brought back; in the circuit, the fresh make-up water being sent to one or more of the evaporators which form part of the generator and whose water chambers are not, however, connected to the water chambers of the other elements of the generator. The fresh make-up water or part of this water is therefore not mixed with the other water in the generator and is evaporated separately in the evaporators.
It is therefore not necessary to have an independent evaporation plant for all or part of the make-up water and a considerable saving can thus be made both in the costs of the first establishment and in ex- costs
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operation, in comparison with conventional steam production plants.
Different arrangements according to the invention are shown schematically by way of example in FIGS.
1 to 9 of the accompanying drawings and Figs. 10 to 17 schematically show some forms of construction of the invention. For convenience, the superheater element tubes and the evaporator heater elements are shown in single lines only, and the same is true of economizer tubes where indicated.
In the arrangement shown in Fig. 1, the steam is produced in the externally heated tubes 1, which can be arranged and connected to each other in any suitable manner, and it is discharged into the cylindrical body of water and steam. 2. The saturated steam from the latter is brought to a branch 3 and from there it is sent with the steam coming from the evaporators 4, 5 and 6, into a superheating element 7 where it is superheated to the desired temperature, to be subsequently conducted. in a heating element 8 placed in the evaporator 4. The vapor is cooled in this element, thus evaporating a new quantity of vapor in the evaporator, then it is fed to the second superheater element 9 and then, in a similar manner, alternatively to the heating elements 10 and 11 and to the superheating elements 11 and 13.
From the last superheating element 13, the steam is conducted to a prime mover 14 or other appliance consuming steam. The superheating elements 7, 9, 11 and 13 can be arranged so that the vapor flows therein in the opposite direction to the current of the combustion gases of the hearth, or they can be established so as to be traversed in the same direction as the current of the burnt gases, or it is possible to achieve a
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countercurrent and parallel flow combined, or choose any other suitable arrangement o The vapor produced indirectly in evaporators 4, 5 and 6 is fed to branch 3 where it mixes with the vapor coming from body 2.
In the arrangement shown in Fig. 2, the vapor stream generally circulates as in Fig. 1, but the heating elements 8, 10 and 12 are all placed in a single evaporator 40
The arrangement shown in Fig. 3 is generally similar to that of Fig. 2, except that the vapor from the cylindrical body 2 is sent through a duct 15 into the evaporator 4 and from there , with the steam produced indirectly, in the first superheating element 7 via a pipe 16.
The arrangement shown in Fig. 4 is generally similar to the preceding arrangements. that the vapor produced indirectly in the evaporator 4 is fed through a line 15 into the cylindrical body 2 and from there, together with the vapor produced directly, through a line 17 into the first superheater 7. The heating element 10 is arranged in the cylindrical body 2 and the heating elements 8 and 12 in the evaporator 4.
The arrangement shown in Fig. 5 has two separate steam circuits o The first circuit comprises the cylindrical body 2, the superheating elements 7, 9, and 11, and the heating elements 8 and 10, arranged in the evaporators 4 and 60 However, the evaporators are not) connected to this circuit on the saturated steam side. The steam from this circuit is sent to the low pressure part 14c of a tur-
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bine or compound steam engine. The second circuit includes evaporators 4 and 6, the superheater element
13 and the high pressure part 14a of the turbine or steam machine.
The two circuits meet at the inlet of the low pressure part 14c of the turbine or other machine. One of the evaporators 4 and 6 or both are connected to the cylindrical body 2 of the water side.
The arrangement shown in FIG. 6 has two separate circuits and is generally similar to that of Fig.5. In this case, however, the first circuit comprises the cylindrical body 2, the superheating elements 7 and 9 and the heating element 8, placed in the evaporator 4 which, however, is not connected to this. circuit on the saturated steam side. The second circuit comprises the evaporators 4 and 6, the superheating elements 11 and 13, the heating element 10 placed in the evaporator 6, and the high pressure part 14a of the turbine or other machine.
The arrangement shown in FIG. 7 has two completely separate circuits, one of which is closed. The steam produced indirectly in the closed circuit is used to heat the steam produced in the first circuit after the latter has done part of its work in the turbine or the steam engine. The first circuit comprises the body 2, the superheating elements 7 and 9, the heating element 8 placed in the evaporator 4, the high pressure part 14a of the turbine or other machine, the live steam side of the heater 19 and the lower part 14c pressure of the turbine or steam engine.
The second circuit, which is closed, comprises the evaporator 4, the heating element 18 disposed in the heater 19 and a pump
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20 which returns the condensed water from the heating element 18 to the evaporator 4. Instead of using a pump 20, other means can be employed to return the condensed water from the heating element 18 to the evaporator. the evaporator 4, such as for example that which consists in placing the evaporator 4 below the heater 19 so that the condensed water is returned there by gravity.
Fig. 8 shows a feed water supply device which can be applied to each of the generators described above. Steam is generated in the externally heated water tubes 1, which can be arranged and interconnected in any suitable manner and discharge into the cylindrical body of water and steam 2. The saturated steam in the body 2 is brought to a branch 3 and from there, with the steam coming from the evaporators 4, 5 and 6, to the superheating element 7 where it is superheated to the desired temperature, to then be sent to the heating element 8 placed in the evaporator 4.
The vapor is cooled in this element, thus causing the evaporation of a new quantity of vapor, then it is conducted to the second superheating element 9 and then, in a similar manner, to the heating elements 10 and 12. and the superheater elements 11 and 13, alternating. From the last superheater element 13, the steam is conducted to a prime mover 14 or other device consuming steam. The vapor produced indirectly in the evaporators 4, 5 and 6 is brought to the branch 3 where it is mixed with the vapor coming from the body of vapor and water 2.
The water chamber of the evaporator 5 is connected to
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the water chamber of the steam and water body 2 by tubes 21.
The evaporator 5 and the body 2 are supplied by a pipe or a series of pipes 23 by means of condensed water brought back from the prime mover or other appliance consuming the steam. The water chambers of the evaporators 4 and 6 are interconnected by tubes 22 and are supplied by a pipe or a series of pipes 24 by means of fresh make-up water. Pipes 25 allow the removal of the sludge accumulated in the evaporators 4 and 6. The water chambers of the evaporators 4 and 6 are not connected to the water chambers of the steam and water body 2 and the water chamber. 'evaporator 3 which are interconnected.
The arrangement shown in FIG. 9 is analogous to that shown in FIG. 8, but each boiler body or each separate evaporator can be supplied with water coming alternately from two separate sources.
For this purpose, two branch pipes 27 and 29 are connected to the supply pipe 26 of each evaporator or boiler body. The branch pipe 27 is connected to the supply pipe 31 bringing water from one of the sources and the branch pipe 29 is connected to the supply pipe 32 bringing water from one source. other source. By means of the valves 28 and 30, the evaporator or boiler body can be connected to one or the other of these supply conduits or be isolated from them. This arrangement is advantageous when the operating conditions of the installation are variable and the proportion of fresh make-up water in relation to 1% of the condensate must be changed from time to time.
The cylindrical body 2 and the evaporators 4,
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5 and 6 are not interconnected on the water side.
In the arrangement shown schematically in cross section in FIG. 10, 1 designates a combustion chamber suitable for burning a liquid, solid, pulverized or gaseous fuel. The walls of the combustion chamber are lined with water tubes 2, 2a, etc. which discharge their vapor into the cylindrical body of vapor and water 3 and ensure the direct production of the vapor. The tubes can be smooth or be provided with fins or, if desired, they can be protected, in known manner against the direct action of the flame of the hearth by a coating of refractory material or the like.
An overheating chamber 4 is arranged above the rear part of the combustion chamber. The bottom 5 of the overheating chamber is formed by appropriately bending the tubes lining the top of the combustion chamber, the tubes being, on the part forming this bottom 5, closely together, or provided with fins. , or embedded in a refractory masonry or the like, in such a way that they form a screen which protects the superheating elements 7 and 8 from the direct action of the flame of the hearth. At the entrance 6 of the overheating chamber 4, the water tubes are left bare at their upper part, so that the combustion products can leave the combustion chamber 1 and too locks in the overheating chamber between the tubes. .
9 is an evaporator which can be arranged either horizontally, as shown in the drawings, or vertically. Indirect steam production takes place in this evaporator and the steam chamber is connected
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to the cylindrical body 3 by one or more pipes 10.
All of the steam produced in the cylindrical body 3 and in the evaporator 9 arrives through the pipes 10 at the branch 11 and from there it is sent through one or more pipes 12 to the first superheating element 8, where it is supplied. is overheated to the required temperature. From the superheating element 8 the steam passes through one or more pipes 13 to the heating element 14 placed in the evaporator 9. The steam is cooled in the element 14, which thus serves for the indirect production of the vapor. steam. From the heating element 14, the steam passes through one or more pipes 15 to the second superheating element 7 where it is superheated to the desired final temperature. It then leaves the steam generator through one or more pipes 16.
The products of combustion, after leaving the chamber of the superheater 4, are led to an economizer 17 and an air heater 18 and they are then sucked by means of one or more fans, not shown in the drawing, and discharged into a chimney.
The combustion chamber 1 shown in the drawing is provided with a bottom lined with water tubes or water screen 19 of the known type in the form of a hopper or funnel. It is evident, however, that the combustion chamber can be provided with any other type of bottom and that its lower part can be suitably modified for heating by means of automatic chargers, oil heating, gas heating. or any other heating method.
The arrangement shown in Fig. 11 is generally similar to that shown in Fig.
10. The cylindrical body 3 and the evaporator 9 are all
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times arranged at the rear of the generator. The water tubes 5, 6 which form the extension of the water tubes 2 lining the rear wall of the combustion chamber, extend transversely to the latter at its top.
The cylindrical body 3 can be placed in the position shown in phantom in 3a.
In the arrangement shown in fig. 12, which is similar in broad outline to that shown in fig. 10, the water tubes which form the extension of the water tubes 2 which line the rear wall of the combustion chamber are alternately arranged across the combustion chamber, like tube 5-6a, and curved d 'a manner similar to those shown in Fig. 10, such as tube 5-6b. In the generator shown in Fig. 12, the steam circuit is a little different from that of the arrangements shown in the previous figures.
The vapor from the cylindrical body 5 and from the evaporator 9 is brought through the pipes 10 to the branch 11, from where it is sent through the tube 12 to the two stages 20 and 21 of the first superheating elements, circulates in the two stages in series and is then conducted through tube 13 to the heating element 14 placed in the evaporator 9. On leaving the evaporator 14, the steam is brought through tube 15 to the two stages 22 and 23 of the second. superheater element, the two stages being arranged in series, and after passing through stage 23, it leaves the generator via tube 16.
The arrangement shown in Fig. 13 is generally similar to that shown in Fig. 10, n
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but the chamber 4 of the superheater extends further above the combustion chamber 1 and the parts 6 of the water tubes 5-6 which form the extension of the water tubes 2 lining the rear wall of the hearths are arranged in a staggered fashion so as to increase the section of passage left free for the combustion products going from the combustion chamber 1 to the chamber 4 of the superheater.
The arrangement shown in Fig. 14 is similar in general terms to that shown in Fig. 10; however, it has an important additional characteristic which resides in the arrangement of the water tubes 5-6-24 forming the extension of the water tubes 2 which line the rear face of the fireplace.
The water tubes 5-6-24 are provided with fins or covered with blocks of refractory material or other material on the sections 5 and 24 so as to form baffles, the baffle 5 serving as the bottom of the chamber. overheating 4 and protecting the superheating elements 7 and 8 against the direct action of the flame of the hearth, while the baffle 24 forms the top of the combustion chamber and protects the cylindrical body 3 from the direct action of the warmth of the home.
The steam circulates in the same way as in the arrangement according to Fig. 10; however, the evaporator or evaporators consist of vertical cylindrical vessels 27 suitably disposed outside the chamber 4 of the superheater. The heating elements mounted in the evaporators 27 consist of tubes 28 in the form of hairpins, the two ends of which are embedded in a tube plate 31.
The space below it is divided into two parts, of which
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one 29 serves as an inlet chamber for steam arriving through pipe 13 from the first superheating element 8, while the other 30 serves as an outlet for steam after it has given up part of its heat in circulating in the tubes 28 and thus causing further evaporation of vapor in the evaporator 27. From chamber 30 'the vapor is brought through pipe 15 to the second superheating element 7 where it is superheated to the temperature which it must be at output 16 of the generator.
The vapor produced indirectly in the evaporator 27 is fed through one or more pipes 10 into the cylindrical body 3. The water chamber 3 of the evaporator 27 is connected to the water chamber of the body. 3 by means of one or more pipes 35. A certain level of water is thus maintained in the evaporator 27. This level can be regulated by hand or by automatic devices, for example by throttling the valve. vapor from the evaporator by means of a valve 32 operated by hand or automatically regulated and placed in the pipe 10. The quantity of heat released by the vapor circulating in the tubes 28 depends on the level of water in the evaporator 27, and by varying this level, the final temperature of the steam leaving the steam generator can be effectively controlled.
It is also possible to adjust the final temperature of the steam at the outlet of the generator by placing a bypass pipe 33 provided with a valve 34 between the pipe 13 which brings the steam into the inlet chamber 29 of the generator. evaporator 27 and the pipe 15 which evacuates the vapor from the outlet chamber 30 of this evaporator 27. The valve 34 can be regulated by hand or automatically and the quantity of vapor overheated.
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Fairy passing in bypass with respect to the heating element 28 of the evaporator 27 can thus be regulated. It will be noted that the final temperature of the steam at the outlet of the generator depends on the quantity of heating steam passing by bypass with respect to the heating element 28.
After leaving the superheater chamber 4, the products of combustion pass through an economizer 17 and an air heater 18 which is shown in the drawing as being of the rotary type to then be conducted to the chimney. 25 is a forced draft fan which sends air through duct 36 to air heater 18 and from there through duct 37 to combustion chamber 1.
One or more pipes 26 bring hot water or a mixture of water and steam from economizer 17 into body 3.
Fig. 15 shows a double-sided generator which is a symmetrical combination of two generators of the type shown in FIG. 10. The generator shown comprises a cylindrical body 3-and four evaporators 14, 14a, 14b and 14c these evaporators being arranged in pairs on each side of the body 3. The saturated vapor chambers of the body 3 and of the evaporators 14, 14a, 14b and 14c are connected together by means of pipes 10, two connections being established at 11 and 11a.
From connection 11, part of the saturated steam is fed successively into the superheater 8, Heating element 14 mounted in the evaporator 9, the superheater element 8b, the heating element 14b mounted in the evaporator 9b, and the last superheater 7. From the connection 11a, the other part of the saturated steam is fed in a stream. parallel, successively in the superheater element
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8a, the heater 14a mounted in the evaporator 9a, the superheater 8c, the heater 14c mounted in the evaporator 9c, and the last superheater 7a.
The combustion products leave the combustion chamber 1 through two outlets, one disposed between sections 6 of the upper water tubes 5-6 and the other between sections 6a of the opposed water tubes 5a-6a .
The arrangement shown in Fig. 16 is generally similar to that shown in Fig. 10.
The water tubes 40 which form the extension of the water tubes 8 lining the rear wall of the combustion chamber 1 are, however, arranged behind the superheating chamber 4 in the direction of the flow of the combustion products. Suitable intervals are provided between the tubes 40 in order to form a passage for the combustion products from the superheating chamber 4 to the economizer 17.
It will be noted that in this arrangement, the combustion products do not pass through a row of water tubes before entering the superheating chamber 4. The tubes
2 which line the rear wall of the combustion chamber 1 are however curved at their upper part so as to form a projection 38-39. The tubes 2 are provided with fins or covered with refractory or other blocks over their entire length, including the projection 38-
39, so that the latter effectively protects the elements 7 and 8 of the superheater from the direct action of the flame of the hearth. Part 39 of this protrusion forms the bottom of the overheating chamber 4.
The tubes 2a which line the front face of the combustion chamber 1 are connected at the top to
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tubes 41 which open into the body 3. The tubes 41 form the top of the overheating chamber 4.
Another position of the body 3 is shown in phantom lines at Sa i.
In the arrangement shown in cross section in Fig. 17, the tubes 5 of the upper wall are shaped so as to reduce the cross section of the upper extension of the combustion chamber 1, so that the latter presents in section vertical substantially a bottle shape. The elements 7 and 8 of the superheater are arranged directly in the upper extension of the combustion chamber 1 and are inserted horizontally between the tubes 5 of the upper walls to which they can be fixed. An intermediate support 42 is established for the elements 7 and 8 of the superheater and is in turn suspended from the brackets 43 which carry the cylindrical body 3. The support 42 can, if desired, be cooled by a circulation of water. 'water.
An outlet 6 is provided for the combustion products above the element 8 of the superheater and is formed as before by the gaps left between the tubes lined with fins or with refractory material or the like 5-6.
Of course, many other modifications could still be made to the generator without departing from the scope of the invention.
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