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Perfectionnements aux foyers de chaudières.
Cette invention se rapporte à un foyer de chaudière destiné à brûler du combustible pulvérisé et comprenant une chambre de combustion dans laquelle une certaine quantité de scorie accumulée au fond de la chambre et formant un bain de scorie ou de cendre fondue, constitue une source de chaleur de rayonnement dans la chambre de combustion, pendant le fonctionnement du foyer,de manière à contribuer à obtenir une combustion efficace du combustible, le bain servant à recueillir les particules de scorie qui se trouvent dans les gaz de combustion et se déposeraient autrement sur les tubes de la chaudière, et le parcours des gaz de combustion étant établi par rapport au bain de cendre fondue de telle manière qu'au moins la surface de cette dernière soit maintenue en fusion pendant la marche du foyer.
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On a déjà proposé pour les foyers à combustible pulvérisé de placer un corps cylindrique creux, chauffé in- térieurement ou pourvu de dispositifs de refroidissement, dans une chambre de combustion présentant des parois cour- bes de manière à ménager un passage annulaire à entrée coni- que entre ce corps et la paroi courbe de la chambre, le mé- lange comburant étant dirigé par une tuyère dans cette en- trée de telle façon que la flamme en parcourant le passage annulaire lèche la surface du corps cylindrique et soit continuellement déviée, ce qui a pour effet de précipiter ou fondre les particules de cendres et de les faire tomber sur le fond de la chambre de combustion pour former un bain d'où la scorie liquide peut être retirée de temps à autre par une porte ou un trou de coulée.
Suivant la présente invention, un foyer de chaudiè- re pourvu d'un dispositif pour introduire un mélange de com- bustible et d'air dans la chambre de combustion de manière à déposer une certaine quantité de scorie sur le fond de la chambre et en maintenir la surface en fusion, est muni de rangées de tubes séparateurs de scorie qui s'étendent en travers de la partie supérieure du foyer dans le parcours que doivent suivre les gaz de combustion, la section de pas- sage offerte à ceux-ci étant réduite au voisinage de ces tu- bes. De préférence le foyer est muni de tubes muraux présen- tant des parties en saillie vers l'intérieur près des tubes séparateurs de scorie pour réduire, dans le voisinage de ceux-ci, la section offerte au passage des gaz de combustion.
Les tubes séparateurs de scorie peuvent être disposés en rangées de groupes, les groupes de tubes de l'une de ces rangées étant disposés de manière à présenter des surfaces
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concaves au courant de gaz. Une chicane peut être combinée avec les tubes séparateurs de scorie à l'une de leurs extré- mités pour réduire la section de passage des gaz entre ces , tubes et les brûleurs d'alimentation de combustible peuvent être placés à un niveau plus bas que les rangées de tubes séparateurs de scorie. Un espace de combustion pourvu d'une rangée de tubes le long de l'une de ses parois peut être mé- nagé entre les tubes séparateurs de scorie et une chaudière située au-dessus de la chambre de combustion.
Une chicane peut être aménagée de haut en bas dans la chambre de combus- tion à la partie supérieure de celle-ci derrière les brû- leurs à combustible, de manière à projeter le combustible vers le bas dans cette chambre de combustion, les tubes sé- parateurs de scorie s'étendant en travers de la chambre du foyer à la partie inférieure de cette chicane. Les tubes sé- parateurs de scorie peuvent s'étendre en travers d'une partie de la chambre du foyer en un point plus rapproché du fond que du sommet de cette chambre, où les produits de la com- bustion sont renvoyés vers le haut.
Des tubes peuvent être disposés dans la chambre de combustion où ils partent d'une paroi de cette dernière pour se diriger ensuite de bas en haut en pente raide, une chicane pouvant être amenagée sur la partie en pente de ces tubes et un dispositif étant em- ployé pour faire descendre les produits de combustion chauds dans le foyer et de là, en-dessous de la partie inférieure de cette chicane.
Un dispositif peut être utilisé pour recueil- lir la scorie supplémentaire des produits de combustion en- dessous de la chaudière et la faire tomber dans le bain de scorie, tandis qu'un dispositif peut être prévu pour refroi- dir la scorie restant dans les produits de combustion avant qu'ellevienne en contact avec la chaudière., à une température
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inférieure à celle à laquelle elle adhère aux tubes sépara- teurs de scorie.
On comprendra mieux l'invention par la description qui en est donnée ci-dessous avec référence aux dessins annexés, dans lesquels Fig. 1 est une coupe verticale d'une forme d'exécution de l'invention donnée à titre d'exemple; Fig. 2 une coupe suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1; Fig. 3 une coupe similaire à la Fig. 2 montrant une modification; Fig. 4 une coupe semblable à la Fig. 1 partiellement brisée, montrant une autre modification; et Fig. 5 une coupe suivant la ligne 5-5 de la Fig. 4. Fig. 6 est une vue en coupe trans- versale d'une autre forme d'exécution, Fig. 7 une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de la Fig. 6; Figs.8, 9 et 10 sont des vues semblables à la Fig. 7 montrant des variantes ou des constructions différentes et Fig. Il est une vue en coupe transversale suivant la ligne 6-6 de la Fig. 6.
Sur les Figs. 1 à 5 des dessins, 1 désigne un foyer chauffé au moyen de brûleurs à combustible pulvérisé 2 placés le long d'une de ses parois. -
Une chaudière de type Babcock & Wilcox peut être installée au-dessus de la partie supérieure du foyer, une partie seulement de cette chaudière, notamment quelques uns des tubes inclinés 3 et les collecteurs 4 et 5 étant repré- sentés sur la Fig. 1.
Le foyer comporte un fond ou sole 6 dont les bords se trouvent en contact intime avec les côtés du foyer, de telle sorte que la scorie ou les cendres fondues peuvent se rassembler à la partie inférieure du foyer et en être éva- cuées par l'ouverture 7.
Une rangée de tubes de circulation d'eau de re- froidissement 8 est établie le long d'une des parois du foyer.
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Les extrémités inférieures de'ces tubes 8 sont reliées à un collecteur inférieur 9 et les extrémités supérieures à un collecteur supérieur 10. Ce dernier peut être raccordé à la chambre de vapeur de la chaudière au moyen d'un tuyau dont une partie est représentée en 11, tandis que le collecteur inférieur 9 peut communiquer avec la chambre d'eau de la chaudière, de la manière bien connu, par un tuyau non repré- senté. Les parties supérieures des tubes 8 sont recourbées vers l'intérieur et ensuite vers l'extérieur,comme c'est in- diqué en 12, pour former une sorte de voûte ou d'autel. Les tubes peuvent être garnis de dalles ou de blocs Bailey bien connus.
Les parois latérales du foyer sont aussi pourvues de tubes et de collecteurs semblables à ceux de la paroi anté- rieure et communiquant avec la chambre de vapeur et la cham- bre d'eau de la chaudière d'une manière-similaire.
Une rangée de tubes 13 est établie le long de la paroi du foyer opposée aux tubes 8 et ces tubes sont raccor- dés à un collecteur inférieur 14. et un collecteur supérieur 15 raccordés à leur tour au système de circulation de la chau- dière. Des rangées de tubes inclinés 16 et 17 s'étendent en travers de la partie supérieure du foyer, du collecteur 15 au collecteur 18 situé près du collecteur 10. Les tubes 16 peuvent être disposés en groupes de trois tubes, comme c'est indiqué sur les Figs. 2 et 3, des blocs ou dalles réfractai- res 19 reposant sur l'un des tubes entre les deux autres de chaque groupe comme c'est indiqué sur la Fig. 2. Les tubes 17 peuvent aussi être disposés par groupes de trois, comme c'est indiqué sur la Fig. 2.
Les groupes de tubes de chaque rangée de tubes sont écartés les uns des autres et les grou- pes des rangées respectives sont disposés en quinconce.
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Le combustible, par exemple du charbon pulvérisé, est injecté dans le foyer par le brûleur 2, de préférence dans une direction légèrement descendante, de telle sorte qu'une partie de la scorie est rejetée sur le fond ou sole du foyer lorsque les gaz dévient et se dirigent de bas en haut, entre les groupes de tubes des rangées 16 et 17. Les gaz chauds qui contiennent des scories viennent frapper les groupes de tubes de la rangée 16, une partie de la scorie étant retenue par ces groupes de tubes.
Les gaz font alors un coude brusque pour passer entre les groupes de la rangée supérieure, une partie de ces gaz qui rencontrent directement ces tubes pro- voquant le dépôt d'une plus grande quantité de scorie sur les tubes 17. La scorie fondue en suspension dans les gaz frap- pe directement soit les tubes de la rangée 16 soit ceux de la rangée 17 et se sépare ainsi des gaz. Les groupes de tubes sont suffisamment éloignés les uns des autres pour empêcher la scorie de former des voûtes ou ponts sur les intervalles qui séparent les groupes. La scorie qui est recueillie sur les tubes s'écoule de haut en bas et arrive au fond du foyer d'ou elle est évacuée par l'ouverture 7, ou bien elle se ras- semble en masses relativement grands qui se rompent et tombent dans la scorie fondue au fond du foyer.
Une paroi 20 en ma- tière réfractaire ferme l'espace entre le collecteur 18 et la partie inférieure de la chaudière proprement dite.
Un collecteur transversal 21, situé à la paroi pos- térieure du foyer au-dessus du collecteur 15, est relié par une rangée de tubes 22, dirigés d'abord vers l'intérieur et ensuite vers l'extérieur,au collecteur 24 disposé à l'exté- rieur du foyer. Les tubes 22 peuvent être garnis de dalles 23.
Un ou plusieurs tubes de recirculation 25 placés à l'extérieur ---
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du foyer peuvent raccorder les collecteurs 21 et 24. Ces der- niers sont raccordés au système de circulation de la chaudiè- re, une partie des tubes 26 reliant le collecteur supérieur 24 à la chambre de vapeur de la chaudière étant représentée.
Les tubes 22 s'étendent vers l'intérieur comme c'est indiqué en 27, jusqu'à venir presqu'en contact avec la rangée de tu- bes 17, et une matière de remplissage réfractaire 28 remplit l'espace situé en-dessous de la partie 27 entre celle-ci et les tubes 16. Ceci a pour effet de faire dévier les produits chauds en avant depuis la paroi postérieure du foyer, avant leur passage entre les tubes 17 et 16. Les gaz chauds frap- pant la face inférieure de la voûte massive en cet endroit perdent une grande partie de la scorie dont ils sont chargés, en rencontrant la surface humide formée par la cendre fondue.
Au lieu de relier la rangée de tubes 22 au système de circulation de la chaudière en vue d'y faire passer de l'eau et d'y produire de la vapeur, on peut en faire des tu- bes de surchauffeur à travers lesquels on fait passer de la vapeur de la chambre de vapeur de la chaudière. L'intervalle entre les tubes 3, 17 et 22 sert d'espace ou de chambre de combustion secondaire pour les gaz qui passent entre les tu- bes de l'écran à scorie, avant qu'ils n'atteignent les tubes 3 de la chaudière, et les tubes 22 sont employés pour refroi- dir les parois de cette chambre ou cet espace.
Dans la variante représentée sur la Fig. 4, les ex- trémités supérieures de ce qu'on peut appeler les parois avant et arrière du foyer, sont représentées en 30 et 31, respec- tivement, des tubes muraux antérieurs 32 et des tubes muraux postérieurs 34 étant raccordés à des collecteurs supérieurs 33 et 35 respectivement. Les tubes muraux de foyer sont reliés
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au système de circulation de la chaudière comme on l'a exposé ci-dessus pour la Fig. 1. Un collecteur transversal 36 situé près de l'extrémité supérieure de la paroi antérieure du foyer, à l'extérieur de ce dernier, est relié par des tubulures 37 à l'extrémité inférieure des collecteurs de des- cente 5 de la chaudière proprement dite.
Un collecteur trans- versal 38 est établi à proximité de l'extrémité supérieure de la paroi-arrière du foyer, à l'extérieur de ce dernier, et est raccordé par, . des tubulures 39 à l'extrémité inférieu- re des collecteurs de montée 4. Des tubes séparateurs de sco- rie 40 et 41 s'étendent en travers de la partie supérieure du foyer entre les collecteurs 36 et 38 et de l'eau y circule en parallèle avec l'eau qui parcourt les tubes 3 de la chau- dière proprement dite. Des dalles 42 sont appliquées sur les tubes 40 à des intervalles déterminés et les tubes 41 portent de dalles 43 décalées par rapport à celles de la rangée in- férieure, obligeant ainsi les cendres entrainées par les gaz chauds à rencontrer ces surfaces et d'y adhérer d'une maniè- re semblable à celle décrite pour les groupes de tubes des rangées 16 et 17.
On comprendra que les tubes 12 qui s'étendent vers l'intérieur coopèrent avec la voûte dirigée vers l'intérieur, formée par la matière réfractaire 28, pour réduire la section de passage des gaz lorsque ceux-ci quittent le foyer et cir- culent sur les tubes séparateurs de scorie. Il en résulte que la vitesse de circulation des gaz entre les tubes séparateurs de scorie est notablement augmentée, de telle sorte que les gaz et les scories frappent les tubes avec une force suffi- sante pour que les particules de scorie y adhèrent.
En marche, un combustible tel que du charbon pulvé- risé est introduit par les brûleurs 2 de haut en bas vers le
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fond de la chambre de combustion sur lequel une certaine quantité de scorie est accumulée, et la disposition est telle que la surface de la scorie accumulée est maintenue en fusion par la chaleur de combustion. Le courant de gaz subit un changement de direction au-dessus de la scorie fon- due de telle sorte qu'une grande quantité des scories entrai- nées par les gaz est rejetée vers le bas sur le fond de la chambre de combustion et s'ajoute au bain de scorie fondue qui constitue à la fois une source de chaleur de rayonnement et un moyen de recueillir et de retenir les particules de scorie des gaz de combustion rejetées vers le bas.
L'excès de scorie fondue peut être re-tiré de toute manière désirée, par exemple en le faisant couler périodiquement par l'ouver- ture 7. Après avoir changé la direction de leur parcours, les gaz s'élèvent et viennent frapper les tubes inclinés 17 et 19 de telle sorte qu'une nouvelle quantité de scorie se dé- pose sur ces tubes, d'où elle tombe qu s'écoule dans le bain en fusion au fond de la chambre de combustion. Une certaine quantité de scorie peut adhérer aux tubes et s'agglomère en masses relativement grandes qui se brisent ultérieurement et tombent par leur propre poids dans le bain en fusion qui se trouve en-dessous. Les tubes provoquent aussi un, mélange intime des gaz, de telle sorte que toutes particules non brû- lées de combustible sont consumées en ce point.
Au-dessus des tubes séparateurs 16 et 17, les gaz se dirigent vers les tubes 3 de la chaudière en traversant un espace qu'on peut appeler chambre de combustion secondaire, dont la paroi latérale est refroidie par un faisceau de tubes muraux 22. En parcourant cette chambre., toutes les particules de cendres restant dans les gaz sont soumises à l'effet ré- frigérant des tubes 22 et des tubes 3 de la chaudière et sont
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refroidies suffisamment pour les empêcher d'adhérer aux tubes de la chaudière entre lesquels elles passent ensuite.
Il est clair que l'étranglement du passage des gaz près des tubes séparateurs de scorie 16 et 17 augmente la vitesse de circulation des gaz entre ces tubes, ce qui a pour résultat que les scories entraînées viennent frapper ces tubes avec une force considérable. Le passage sinueux des.gaz à travers les groupes de tubes en quinconce contribue à expulser la scorie des gaz et à la déposer sur les tubes collecteurs de scorie.
La disposition en V des groupes inférieurs a pour effet que chaque côté de ces groupes dirigent les gaz de ma- nière à leur faire rencontrer les groupes de tubes d'écran à scorie 17 de la rangée supérieure. Les tubes 17 formant des groupes peuvent être aménagés de manière à présenter des sur- faces concaves au courant de gaz, de telle sorte que les par- ticules de cendres et de poussières et les scories soient arrêtées plus efficacement.
La forme d'exécution représentée sur les Figs. 6 à 11 comporte un foyer 1, susceptible de brûler un combustible tel que du charbon pulvérisé qui peut-être injecté dans le foyer par des brûleurs 2 situés à la partie supérieure du foyer de manière à envoyer le combustible dans la chambre de combustion dans une direction descendante.
.Une chaudière à tubes d'eau est combinée avec la chambre de combustion et est située au-dessus de celle-ci de manière à être chauffée par les gaz qui s'en échappent. La chaudière comprend le corps cylindrique habituel de vapeur et d'eau 3, un faisceau de tubes inclinés 4 raccordés à des collecteurs de montée 5 et des collecteurs de descente 6 qui sont raccordés à leur tour aux corps cylindriques 'de vapeur
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et d'eau,de la manière usuelle.
Le fond de la chambre de combustion est aménagé pour accumuler une certaine quantité de scorie, dont la surface est maintenue à l'état de fusion par les gaz de com- bustion. Comme c'est représenté, le foyer est pourvu d'un fond 7 supporté par des poutrelles en I transversales 8 gar- nies d'un remplissage 8' en matière appropriée résistante à l'action de la scorie. Une ouverture d'évacuation 9 permet de retirer la scorie fondue de la manière désirée.
Les parois du foyer sont refroidies par circulation d'eau. Une rangée 10 de tubes verticaux est située le long de la paroi antérieure du foyer. Les tubes s'étendent extérieurement pour se raccorder à un collecteur supérieur 12 situé à l'extérieur des parois et sont reliés à la partie inférieure à un collec- teur inférieur 11. Des tubes de retour externes 13 relient entre eux les collecteurs supérieur et inférieur.
Le col- lecteur inférieur 11 peut être raccordé à la chambre d'eau de la chaudière et le collecteur supérieur 12 à la chambre de vapeur, de la manière bien connue, par des raccords de type normal (non représenté) les parois latérales du foyer sont refroidies d'une manière semblable par des tubes muraux 10' raccordés à des collecteurs appropriés 11' comme c'est représenté sur la Fig. 7 et comme c'est bien connue dans ce genre d'installation.
Un collecteur transversale 14 est installé près du bord supérieur de la paroi antérieure du foyer et une rangée de tubes 15 s'étend du collecteur en travers du ciel de la chambre de combustion, près des brûleurs, pour relier le collecteur 14 à un second collecteur transversal 16 situé en-dessous du bord du ciel du foyer, de l'autre côté des
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brûleurs. Le collecteur 14 peut être relié à la chambre d'eau de la chaudière et le collecteur 16 à la chambre de vapeur de celle-ci, une partie de ce dernier raccordement, constituée par les tubes 17, étant représentée.
Un dispositif est aménagé pour extraire la scorie des gaz lorsqu'ils traversent la chambre de combustion pen- dant leur parcours vers la chaudière, et une partie au moins de ce dispositif est située directement dans le trajet des gaz. Comme c'est représenté, un collecteur 18 est placé au bord inférieur d'une paroi du foyer et une ou plusieurs rangées de tubes s'étendent de bas en haut à partir de ce collecteur, le long de cette paroi, jusqu'en un point déter- miné où elles s'étendent vers l'intérieur dans une direction inclinée sur l'horizontale à travers la chambre de combustion, de manière à former des tubes séparateurs de scorie avec lesquels les gaz entrent en contact,sur leur parcours dans le foyer. Les tubes s'étendent de bas en haut et sont raccor- dés à leurs extrémités supérieures au collecteur supérieur 16.
Une chicane 19 est supportée par la rangée de tubes la plus proche de la paroi antérieure du foyer, et l'inclinaison des tubes est telle que la chicane s'étend de haut en bas obliquement dans une direction propre à assurer un passage de section croissante au combustible pendant son parcours dans la chambre de combustion.
Dans la forme d'exécution de l'invention représen- tée sur la Fig. 6, deux rangées de tubes 20, et 21 sont dis- posées entre l'extrémité inférieure de la chicane 19 et la paroi du foyer dans le parcours des gaz, de telle sorte que les gaz frappent la scorie qui s'y est déposée et la font tomber ou s'écouler dans le fond du foyer. Divers arrangements
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de tubes peuvent être employés dans ce but, dont un certain nombre sont représentés sur les Figs. 7 à 10 inclusivement.
Sur ces figures, les tubes sont disposés par grou- pes en deux rangées,les groupes de chacune des rangées étant décalés par rapport à ceux de l'autre rangée, de manière que les gaz en s'élevant lèchent les groupes de la rangée infé- rieure et y déposent une certaine quantité de scorie. Dans leur parcours, les gaz subissent des changements de direction en raison de la présence des groupes supérieurs de tubes que les gaz viennent heurter et sur lesquels se déposent plus de scories. Les scories ainsi recueillies tombent ou s'écoulent dans le bain en fusion au fond de la chambre du foyer, et est finalement déchargée par le trou de coulée.
Dans la disposition représentée sur la Fig. 7, les groupes supérieurs de tubes 22 comprennent chacun cinq tubes et sont disposés de telle manière que chaque groupe présente une concavité du côté inférieur. Les groupes inférieurs de tubes 23 comportent chacun quatre tubes et sont disposés de telle manière qu'ils offrent une convexité du côté inférieur.
Dans la variante représentée sur la Fig. 8, les grou- pes supérieurs 14 comportent cinq tubes chacun et sont dispo- sés d'une manière semblable aux groupes 22 de la Fig. 7. Les groupes inférieurs 25 sont disposés en groupes triangulaires de trois tubes chacun.
Dans la disposition représentée sur la Fig. 9, la rangée supérieure 26 et la rangée inférieure 27 des groupes de tubes comprennent chacune trois tubes disposés en forme de V dont la pointe est dirigée vers le bas.
Dans la disposition représentée sur la Fig. 10, les groupes de tubes 26 et 27 sont disposés comme sur la Fig. 9, mais des blocs ou une suite de dalles 28 sont placés sur les
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tubes inférieurs et entre les autres tubes de ces groupes 27.
Lorsque deux rangées de tubes sont établies entre le collecteur 18 et le collecteur 16, les groupes formant les parties séparatrices de scories, comme c'est décrit ci-dessus, peuvent être aménagés de telle manière que certains tubes de chaque groupe appartiennent à une rangée et les autres à une autre rangée; dans certains cas il est avantageux de courber les tubes pour former des groupes en contact les uns avec les autres.
Les tubes des différents groupes individuels sont en contact les uns avec les autres ou sont suffisamment rap- prochés les uns des autres pour que la scorie obstrue les petits intervalles entre les tubes des groupes individuels.
Toutefois, les groupes eux-mêmes sont suffisamment écartés l'un de l'autre pour' éviter qu'il se forme des ponts de sco- ries embrassant les intervalles entre les groupes et les obstruant.
On constatera que les tubes 20 et 21 sont placés dans la chambre de combustion de telle manière qu'un impor- tant espace 30 est ménagé entre les tubes et la chaudière proprement dite et est traversé par les gaz de combustion allant à la,chaudière proprement dite située directement au- dessus de cet espace. Lorsque les gaz traversent cet espace, toutes les particules de scorie qu'ils contiennent encore sont suffisamment refroidies par leur passage près des tubes d'absorption de chaleur de la chaudière pour empêcher la for- mation de scorie sur ces tubes.
En marche, un combustible tel que du charbon pulvé- risé est introduit par les brûleurs 2 dans une direction des- cendants, suivant un parcours de section croissante entre la paroi antérieure du foyer et la chicane inclinée 19 sup- portée par la rangée antérieure de tubes. Dans la partie in-
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férieure de la chambre de combustion en-dessous de l'extrémité inférieure de la chicane 19 les gaz sont déviés suivant un coude brusque, ce qui a pour effet de précipiter vers le bas sur le fond de la chambre de combustion une grande quantité de particules de scorie emportées par les gaz. La surface au moins de la scorie ainsi accumulée est maintenue en fusion et cette scorie fondue constitue à la fois une source de cha- leur de rayonnement et un bain pour recueillir et retenir les particules tombant des gaz de combustion.
On peut enlever l'excès de cendre ou scorie fondue de toute manière voulue par exemple en effectuant une coulée périodique par l'ouverture 9. Après avoir passé en-dessous de la chicane 19, les gaz se dirigent de bas en haut et viennent rencontrer les tubes sé- parateurs de scorie inclinés sur l'horizontale où ils sont mélangés plus intimement et aussi débarrassés d'une nouvelle quantité de scorie par la scorie recueillie sur ces tubes et tombant ou s'écoulant de haut en bas dans le bain de scorie au fond du foyer. Une certaine quantité de scorie peut adhé- rer aux tubes et s'agglomérer en masses relativement grandes qui tombent finalement par leur propre poids et sont mélangées à la scorie fondue du fond du foyer.
On comprendra qu'une grande proportion de substances capables de former des scories en suspension dans les gaz, est efficacement enlevée de ceux-ci pendant qu'ils passent entre les groupes de tubesLes tubes séparateurs de scories pro- voquent un mélange tellement intime des gaz que les moindres particules de combustible restantes se consument complètement.
En traversant l'espace ou chambre de combustion secondaire, la scorie restant dans les gaz est soumise à l'effet réfri- gérant des tubes de la chaudière 4 et l'espace 30 est propor-
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tionné et disposé de telle manière que l'effet réfrigérant soit suffisant pour refroidir la scorie restante à une tempé- rature à laquelle elle n'adhère pas.aux tubes de la chaudière.
Les tubes séparateurs de scorie, 20 et 21 étant situés dans une zône de température élevée se nettoient spontanément du fait,que par suite de cet emplacement des tubes, la scorie qui s'y est accumulée tombe ou s'écoule de haut en bas dans le bain ou s'agglomère et tombe en masses relativement consi- dérables, comme c'est décrit ci-dessus.
REVENDICATIONS
1.- Foyer de chaudière comportant des dispositifs pour introduire un mélange de combustible et d'air dans la chambre de combustion de manière à déposer une certaine quan- tité de scorie sur le fond de cette chambre et à maintenir en fusion la surface de ce bain de scorie, et des rangées de tu- bes séparateurs de scorie s'étendant en travers de la partie supérieure du foyer dans le parcours des gaz, la section de passage offerte aux gaz de combustion étant réduite près des tubes séparateurs de scorie.
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Improvements to boiler hearths.
This invention relates to a furnace hearth for burning pulverized fuel and comprising a combustion chamber in which a certain quantity of slag accumulated at the bottom of the chamber and forming a bath of slag or molten ash, constitutes a source of heat. of radiation in the combustion chamber, during operation of the fireplace, so as to help achieve efficient combustion of the fuel, the bath serving to collect the slag particles which are in the combustion gases and would otherwise settle on the tubes of the boiler, and the path of the combustion gases being established with respect to the bath of molten ash in such a way that at least the surface of the latter is kept molten during the operation of the fireplace.
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It has already been proposed for fireplaces with pulverized fuel to place a hollow cylindrical body, heated internally or provided with cooling devices, in a combustion chamber having curved walls so as to provide an annular passage with a conical inlet. that between this body and the curved wall of the chamber, the oxidizing mixture being directed by a nozzle into this inlet so that the flame, passing through the annular passage, licks the surface of the cylindrical body and is continuously deflected, this which has the effect of precipitating or melting the ash particles and causing them to fall to the bottom of the combustion chamber to form a bath from which the liquid slag can be removed from time to time through a door or a taphole .
According to the present invention, a furnace hearth provided with a device for introducing a mixture of fuel and air into the combustion chamber so as to deposit a certain quantity of slag on the bottom of the chamber and in to maintain the molten surface, is provided with rows of slag separator tubes which extend across the upper part of the hearth in the path that the combustion gases must follow, the passage section offered to these being reduced to the vicinity of these tubes. Preferably the hearth is provided with wall tubes having inwardly projecting parts near the slag separator tubes to reduce, in the vicinity thereof, the section offered to the passage of the combustion gases.
The slag separator tubes may be arranged in rows of groups, the groups of tubes in one of these rows being arranged so as to have surfaces
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concave to the gas flow. A baffle can be combined with the slag separator tubes at one of their ends to reduce the gas passage section between these, the tubes and the fuel feed burners can be placed at a lower level than the rows of slag separator tubes. A combustion space provided with a row of tubes along one of its walls can be arranged between the slag separator tubes and a boiler located above the combustion chamber.
A baffle can be arranged from top to bottom in the combustion chamber at the top of the latter behind the fuel burners, so as to project the fuel downwards into this combustion chamber, the tubes separated. - slag trimmers extending across the hearth chamber at the bottom of this baffle. The slag separator tubes may extend across a portion of the hearth chamber at a point nearer the bottom than the top of that chamber, where the products of combustion are returned upward.
Tubes can be arranged in the combustion chamber where they start from a wall of the latter to then move from bottom to top on a steep slope, a baffle can be provided on the sloping part of these tubes and a device being em - bent to lower the hot combustion products into the fireplace and from there, below the lower part of this baffle.
A device can be used to collect the additional slag from the combustion products below the boiler and drop it into the slag bath, while a device can be provided to cool the slag remaining in the products. combustion before it comes into contact with the boiler., at a temperature
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lower than that to which it adheres to the slag separator tubes.
The invention will be better understood from the description which is given below with reference to the accompanying drawings, in which FIG. 1 is a vertical section of an embodiment of the invention given by way of example; Fig. 2 a section taken along line 2-2 of FIG. 1; Fig. 3 a section similar to FIG. 2 showing a modification; Fig. 4 a section similar to FIG. 1 partially broken, showing another modification; and Fig. 5 a section taken along line 5-5 of FIG. 4. Fig. 6 is a cross-sectional view of another embodiment, FIG. 7 is a sectional view taken along line 2-2 of FIG. 6; Figs. 8, 9 and 10 are views similar to FIG. 7 showing variants or different constructions and FIG. It is a cross-sectional view taken on line 6-6 of FIG. 6.
In Figs. 1 to 5 of the drawings, 1 denotes a hearth heated by means of pulverized fuel burners 2 placed along one of its walls. -
A Babcock & Wilcox type boiler can be installed above the upper part of the fireplace, only part of this boiler, in particular some of the inclined tubes 3 and the manifolds 4 and 5 being shown in Fig. 1.
The hearth has a bottom or hearth 6, the edges of which are in intimate contact with the sides of the hearth, so that the slag or the molten ash can collect at the lower part of the hearth and be evacuated therefrom by the opening 7.
A row of cooling water circulation tubes 8 is established along one of the walls of the fireplace.
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The lower ends of these tubes 8 are connected to a lower manifold 9 and the upper ends to an upper manifold 10. The latter can be connected to the steam chamber of the boiler by means of a pipe, part of which is shown at 11, while the lower manifold 9 can communicate with the water chamber of the boiler, in the well-known manner, by a pipe not shown. The upper parts of the tubes 8 are bent inward and then outward, as indicated at 12, to form a sort of vault or altar. The tubes can be lined with well-known Bailey slabs or blocks.
The side walls of the fireplace are also provided with tubes and manifolds similar to those of the front wall and communicating with the steam chamber and the water chamber of the boiler in a similar manner.
A row of tubes 13 is established along the wall of the fireplace opposite to the tubes 8 and these tubes are connected to a lower manifold 14. and an upper manifold 15 in turn connected to the boiler circulation system. Rows of inclined tubes 16 and 17 extend across the top of the fireplace from header 15 to header 18 near header 10. Tubes 16 can be arranged in groups of three tubes as shown on Figs. 2 and 3, refractory blocks or slabs 19 resting on one of the tubes between the other two of each group as shown in FIG. 2. The tubes 17 can also be arranged in groups of three, as shown in FIG. 2.
The groups of tubes of each row of tubes are spaced apart from each other and the groups of the respective rows are staggered.
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The fuel, for example pulverized coal, is injected into the hearth by the burner 2, preferably in a slightly downward direction, so that part of the slag is rejected on the bottom or hearth of the hearth when the gases deviate. and move from bottom to top, between the groups of tubes in rows 16 and 17. The hot gases which contain slag strike the groups of tubes in row 16, part of the slag being retained by these groups of tubes.
The gases then make a sharp bend to pass between the groups in the upper row, a part of these gases which directly meet these tubes causing the deposition of a greater quantity of slag on the tubes 17. The molten slag in suspension either the tubes of row 16 or those of row 17 are struck directly in the gases and thus separate from the gases. The groups of tubes are far enough apart from each other to prevent the slag from forming arches or bridges over the gaps between the groups. The slag which is collected on the tubes flows from top to bottom and arrives at the bottom of the hearth from where it is discharged through opening 7, or else it collects in relatively large masses which rupture and fall into the chamber. the slag melted at the bottom of the hearth.
A wall 20 of refractory material closes the space between the manifold 18 and the lower part of the boiler proper.
A transverse manifold 21, located at the rear wall of the fireplace above the manifold 15, is connected by a row of tubes 22, directed first inwards and then outwards, to the manifold 24 disposed at outside the fireplace. The tubes 22 can be lined with slabs 23.
One or more recirculation tubes 25 placed outside ---
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of the fireplace can connect the manifolds 21 and 24. The latter are connected to the circulation system of the boiler, part of the tubes 26 connecting the upper manifold 24 to the steam chamber of the boiler being shown.
The tubes 22 extend inwardly as indicated at 27, until they come into almost contact with the row of tubes 17, and a refractory filler 28 fills the space below. of the part 27 between the latter and the tubes 16. This has the effect of deflecting the hot products forward from the rear wall of the hearth, before their passage between the tubes 17 and 16. The hot gases strike the face lower part of the massive vault in this place lose a large part of the slag with which they are loaded, on meeting the wet surface formed by the molten ash.
Instead of connecting the row of tubes 22 to the boiler circulation system in order to pass water through it and produce steam, it is possible to make superheater tubes through which it is possible to pass it. passes steam from the steam chamber of the boiler. The gap between the tubes 3, 17 and 22 serves as a space or secondary combustion chamber for the gases which pass between the tubes of the slag screen, before they reach the tubes 3 of the slag screen. boiler, and the tubes 22 are used to cool the walls of this chamber or space.
In the variant shown in FIG. 4, the upper ends of what may be called the front and rear walls of the fireplace are shown at 30 and 31, respectively, the anterior wall tubes 32 and the posterior wall tubes 34 being connected to upper manifolds. 33 and 35 respectively. The fireplace wall tubes are connected
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to the boiler circulation system as explained above for FIG. 1. A transverse manifold 36 located near the upper end of the front wall of the fireplace, on the outside of the latter, is connected by pipes 37 to the lower end of the boiler downcomers 5 properly. said.
A transverse manifold 38 is established near the upper end of the rear wall of the fireplace, outside the latter, and is connected by,. nozzles 39 at the lower end of the riser manifolds 4. School separator tubes 40 and 41 extend across the top of the fireplace between manifolds 36 and 38 and water circulates through them in parallel with the water which passes through the tubes 3 of the boiler proper. Slabs 42 are applied to the tubes 40 at determined intervals and the tubes 41 carry slabs 43 offset from those of the lower row, thus forcing the ashes entrained by the hot gases to meet these surfaces and therein. adhere in a manner similar to that described for the groups of tubes in rows 16 and 17.
It will be understood that the tubes 12 which extend inward cooperate with the vault directed inwardly, formed by the refractory material 28, to reduce the section of passage of the gases when they leave the hearth and circulate. on the slag separator tubes. As a result, the rate of gas circulation between the slag separator tubes is significantly increased, so that the gases and slag strike the tubes with sufficient force for the slag particles to adhere thereto.
In operation, a fuel such as pulverized coal is introduced through the burners 2 from top to bottom towards the
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bottom of the combustion chamber on which a certain amount of slag is accumulated, and the arrangement is such that the surface of the accumulated slag is kept molten by the heat of combustion. The gas stream undergoes a change of direction above the molten slag so that a large amount of the slag entrained by the gases is thrown downward on the bottom of the combustion chamber and s' adds to the molten slag bath which is both a source of radiant heat and a means of collecting and retaining the slag particles from the downward flue gases.
The excess molten slag can be re-drawn in any way desired, for example by periodically flowing it through opening 7. After changing the direction of their travel, the gases rise and strike the tubes. inclined 17 and 19 so that a new quantity of slag settles on these tubes, from where it falls which flows into the molten bath at the bottom of the combustion chamber. A certain quantity of slag can adhere to the tubes and agglomerate in relatively large masses which subsequently break and fall by their own weight into the molten bath below. The tubes also cause an intimate mixing of the gases, so that any unburned fuel particles are consumed at that point.
Above the separator tubes 16 and 17, the gases move towards the tubes 3 of the boiler, passing through a space that can be called the secondary combustion chamber, the side wall of which is cooled by a bundle of wall tubes 22. In traversing this chamber., all the ash particles remaining in the gases are subjected to the cooling effect of the tubes 22 and the tubes 3 of the boiler and are
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cooled enough to prevent them from sticking to the boiler tubes between which they then pass.
It is clear that the throttling of the passage of gases near the slag separator tubes 16 and 17 increases the speed of gas flow between these tubes, which results in the entrained slag striking these tubes with considerable force. The sinuous passage of the gas through the staggered groups of tubes helps to expel the slag from the gases and deposit it on the slag collecting tubes.
The V-arrangement of the lower groups causes each side of these groups to direct the gases so that they meet the groups of slag screen tubes 17 in the upper row. The tubes 17 forming the groups can be arranged so as to present concave surfaces to the gas stream, so that the ash and dust particles and the slag are more effectively arrested.
The embodiment shown in Figs. 6 to 11 comprises a hearth 1, capable of burning a fuel such as pulverized coal which can be injected into the hearth by burners 2 located at the upper part of the hearth so as to send the fuel into the combustion chamber in a downward direction.
.A water tube boiler is combined with the combustion chamber and is located above it in such a way that it is heated by the gases escaping from it. The boiler comprises the usual cylindrical steam and water body 3, a bundle of inclined tubes 4 connected to rising manifolds 5 and down manifolds 6 which are in turn connected to the cylindrical steam bodies.
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and water, in the usual manner.
The bottom of the combustion chamber is arranged to accumulate a certain quantity of slag, the surface of which is kept in a molten state by the combustion gases. As shown, the hearth is provided with a bottom 7 supported by transverse I-beams 8 furnished with a filling 8 'of suitable material resistant to the action of the slag. A discharge opening 9 allows the molten slag to be removed in the desired manner.
The walls of the fireplace are cooled by circulating water. A row 10 of vertical tubes is located along the front wall of the fireplace. The tubes extend outwardly to connect to an upper manifold 12 located outside the walls and are connected at the bottom to a lower manifold 11. External return tubes 13 interconnect the upper and lower manifolds. .
The lower manifold 11 can be connected to the water chamber of the boiler and the upper manifold 12 to the steam chamber, in the well known manner, by fittings of the normal type (not shown) on the side walls of the fireplace. are cooled in a similar manner by wall tubes 10 'connected to suitable collectors 11' as shown in FIG. 7 and as is well known in this kind of installation.
A transverse manifold 14 is installed near the top edge of the front wall of the fireplace and a row of tubes 15 extend from the manifold across the top of the combustion chamber, near the burners, to connect manifold 14 to a second manifold. transverse 16 located below the edge of the hearth sky, on the other side of the
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burners. The manifold 14 can be connected to the water chamber of the boiler and the manifold 16 to the steam chamber of the latter, part of the latter connection, formed by the tubes 17, being shown.
A device is arranged to extract the slag from the gases as they pass through the combustion chamber during their journey to the boiler, and at least part of this device is situated directly in the path of the gases. As shown, a manifold 18 is placed at the lower edge of a fireplace wall and one or more rows of tubes extend from bottom to top from this manifold, along this wall, to a determined point where they extend inwardly in a direction inclined to the horizontal through the combustion chamber, so as to form slag separator tubes with which the gases come into contact, on their path through the combustion chamber. hearth. The tubes run from bottom to top and are connected at their upper ends to the upper manifold 16.
A baffle 19 is supported by the row of tubes closest to the front wall of the fireplace, and the inclination of the tubes is such that the baffle extends from top to bottom obliquely in a direction suitable for ensuring a passage of increasing section. to the fuel as it travels through the combustion chamber.
In the embodiment of the invention shown in FIG. 6, two rows of tubes 20, and 21 are arranged between the lower end of the baffle 19 and the wall of the furnace in the gas path, so that the gases hit the slag which has settled there and drop it or run off to the bottom of the fireplace. Various arrangements
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tubes can be used for this purpose, a number of which are shown in Figs. 7 to 10 inclusive.
In these figures, the tubes are arranged in groups in two rows, the groups of each of the rows being offset with respect to those of the other row, so that the gases, as they rise, lick the groups of the lower row. - higher and deposit a certain quantity of slag. In their course, the gases undergo changes of direction due to the presence of the upper groups of tubes that the gases come up against and on which more slag is deposited. The slag thus collected falls or flows into the molten bath at the bottom of the hearth chamber, and is finally discharged through the taphole.
In the arrangement shown in FIG. 7, the upper groups of tubes 22 each comprise five tubes and are arranged such that each group has a concavity on the lower side. The lower groups of tubes 23 each have four tubes and are arranged in such a way that they provide convexity on the lower side.
In the variant shown in FIG. 8, the upper groups 14 have five tubes each and are arranged in a manner similar to the groups 22 of FIG. 7. The lower groups 25 are arranged in triangular groups of three tubes each.
In the arrangement shown in FIG. 9, the upper row 26 and the lower row 27 of the groups of tubes each comprise three tubes arranged in a V-shape, the tip of which is directed downwards.
In the arrangement shown in FIG. 10, the groups of tubes 26 and 27 are arranged as in FIG. 9, but blocks or a series of slabs 28 are placed on the
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lower tubes and between the other tubes of these groups 27.
When two rows of tubes are established between the header 18 and the header 16, the groups forming the slag separating parts, as described above, can be arranged such that some tubes of each group belong to a row and the others to another row; in some cases it is advantageous to bend the tubes to form groups in contact with each other.
The tubes of the different individual groups are in contact with each other or are close enough to each other that the slag obstructs the small gaps between the tubes of the individual groups.
However, the groups themselves are sufficiently far apart from each other to prevent the formation of schoolcheck bridges embracing and obstructing the gaps between the groups.
It will be seen that the tubes 20 and 21 are placed in the combustion chamber in such a way that a large space 30 is left between the tubes and the boiler itself and is crossed by the combustion gases going to the boiler itself. said to be located directly above this space. As the gases pass through this space, any slag particles still in them are sufficiently cooled by their passage near the heat absorption tubes of the boiler to prevent the formation of slag on these tubes.
In operation, a fuel such as pulverized coal is introduced by the burners 2 in a downward direction, following a path of increasing section between the front wall of the hearth and the inclined baffle 19 supported by the front row of. tubes. In the part in-
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lower end of the combustion chamber below the lower end of the baffle 19 the gases are deflected at a sharp bend, which has the effect of precipitating a large quantity of particles down onto the bottom of the combustion chamber of slag carried away by the gases. At least the surface of the slag thus accumulated is kept molten and this molten slag constitutes both a source of radiant heat and a bath for collecting and retaining particles falling from the combustion gases.
The excess ash or molten slag can be removed in any way desired, for example by carrying out a periodic pouring through opening 9. After having passed under the baffle 19, the gases move from the bottom upwards and come to meet the slag separator tubes inclined to the horizontal where they are mixed more intimately and also freed of a new quantity of slag by the slag collected on these tubes and falling or flowing up and down in the slag bath at the back of the fireplace. A certain amount of slag can adhere to the tubes and agglomerate into relatively large masses which ultimately fall by their own weight and are mixed with the molten slag from the bottom of the hearth.
It will be appreciated that a large proportion of substances capable of forming slag suspended in the gases is effectively removed from them as they pass between the groups of tubes. The slag separator tubes cause such an intimate mixing of the gases. that the smallest remaining fuel particles burn off completely.
Passing through the space or secondary combustion chamber, the slag remaining in the gases is subjected to the cooling effect of the tubes of the boiler 4 and the space 30 is proportional.
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so arranged and arranged that the cooling effect is sufficient to cool the remaining slag to a temperature at which it does not adhere to the boiler tubes.
The slag separator tubes, 20 and 21 being located in a zone of high temperature, clean themselves spontaneously because, as a result of this location of the tubes, the slag which has accumulated there falls or flows up and down in the bath or agglomerates and falls in relatively large masses, as described above.
CLAIMS
1.- Boiler hearth comprising devices for introducing a mixture of fuel and air into the combustion chamber so as to deposit a certain quantity of slag on the bottom of this chamber and to keep the surface of this chamber molten. slag bath, and rows of slag separator tubes extending across the top of the hearth into the gas path, the flue gas passage area being reduced near the slag separator tubes.