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"Perfectionnements aux parois de foyers".
La présente invention concerne des perfectionnements aux foyers faisant partie d'appareils échangeurs de chaleur à fluide. Elle se rapporte plus particulièrement aux foyers de chaudières à grande capacité.
Lorsque de tels foyers sont fortement chauffés au moyen de combustible donnant des scories comme un des produits de leur combustion, il est difficile de régler convenablement les températures du foyer. L'invention a pour but, entre autres, de procurer des constructions de parois de foyer'permettant de résoudre ce problème. Les constructions indiquées à titre d'exemple comprennent des tubes de parois d'eau, des pointes métalliques et du réfractaire combinés de façon à
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permettre le réglage.
D'autres buts de l'invention ressortiront de la description ci-dessous.
L'invention est décrite avec référence au dessin annexé donné à titre d'exemple seulement et sur lequel
Fig. 1 est une coupe verticale schématique d'une chaudière à vapeur comportant un foyer suivant l'invention;
Fig. 2 est une coupe transversale partielle d'une partie d'une paroi du foyer;
Fig. 3 est une vue de détail d'une partie de la paroi représentée sur la Fig. 2;
Fig. 4 est une vue en élévation suivant les flèches 4-4 de la Fig. 3.
Fig. 5 est une coupe montrant en détail un mode de fabrication des tubes hérissés.
Fig. 6 est une coupe horizontale partielle d'un foyer à parois d'eau, de construction différente.
Fig. 7 est une coupe horizontale partielle d'une variante de la construction suivant la Fig. 8.
Fig. 8 est une coupe horizontale partielle d'une paroi de foyer comportant des tubes hérissés et des blocs intermédiaires hérissés, constituant la paroi du foyer.
Fig. 9 est une vue partielle en élévation depuis l'intérieur du foyer, montrant des tubes nus ainsi que des tubes revêtus, le revêtement réfractaire étant en partie omis pour montrer la disposition des pointes sur les tubes.
Fig. 10 est une coupe verticale partielle du foyer, perpendiculairement à la vue suivant la Fig. 9.
Fig. 11 est une coupe partielle montrant une variante de la construction suivant la Fig. 2.
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Fig. 12 est une coupe partielle montrant une variante de la construction suivant la Fig. 8.
L'appareil représenté à titre d'exemple comporte un foyer 10. Le long des parois de celui-ci sont disposées des rangées de tubes verticaux, de préférence reliés au système de circulation de la chaudière 14.
Les températures des parois sont réglées et contrôlées au moyen des combinaisons représentées des tubes de parois avec des pointes et du réfractaire. Le dessin montre des pointes métalliques à têtes, de préférence soudées électriquement aux tubes par pression des têtes contre les tubes. Pendant la soudure, les pointes sont de préférence maintenues en position radiale.
Les Figs. 2 et 3 montrent de longues pointes disposées de préférence en rangées le long des faces adjacentes de tubes voisins. Devant ces rangées se trouvent des rangées de pointes plus courtes 18 qui empêchent les longues pointes 16 d'être brûlées par la chaleur du foyer, en les protégeant contre la chaleur intense rayonnée par celui-ci. Ici les tubes 12 portent des pointes soudées en plusieurs rangées, de longueurs différentes dans les rangées successives, les pointes les plus longues étant situées plus en arrière (par rapport à l'intérieur du foyer) et moins exposées à la chaleur rayonnée. Les pointes plus courtes ne se trouvent de préférence pas en avant du plan déterminé par les axes des tubes, et sont situées perpendiculairement aux tubes dans le même plan que les longues pointes, afin de leur servir d'écran.
La longueur des pointes représentées est limitée par rapport à leur section. Si elles sont trop longues, elles brûleront par suite de la chaleur intense du foyer. De même, l'é-
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paisseur des pointes soudées électriquement ne doit pas être trop grande par rapport à l'épaisseur de paroi des tubes. Si les tubes ont une épaisseur de paroi normale dans les chaudiè- res, et si le diamètre des pointes ne dépasse pas la limite admissible pour cette épaisseur, la longueur admissible des pointes qui en résulte rapprocherait trop les tubes si la chaleur rayonnée doit être interceptée dans les espaces entre les tubes, par des pointes situées bout-à-bout.
Cet écartement trop faible des tubes déterminerait un affaiblissement inadmis- sible de la solidité d'assemblage des collecteurs avec les- quels les tubes sont en communication, et multiplierait trop le nombre de tubes le long des parois, en augmentant excessi- vement le coût du dispositif.
La disposition représentée permet d'écarter les tubes suffisamment pour ne pas compromettre la solidité d'assemblage des collecteurs, et le nombre de tubes par unité de longueur de la paroi est réduit tout en assurant l'interception, dans les espaces entre les tubes, de la chaleur rayonnée. Ce ré- sultat est atteint par l'emploi de pointes longues et courtes, désignées respectivement par 16 et 18. Si les longues pointes n'étaient pas protégées par les courtes pointes 18 contre la chaleur rayonnée, elles seraient consumées au point de compro- mettre l'efficacité de l'appareil. La disposition représentée rend également l'installation plus économique, en assurant un maximum d'efficacité du foyer avec un nombre minimum de tubes de parois.
Toute la chaleur rayonnée interceptée par les pointes est transmise par ces pointes au fluide à l'intérieur des tubes, par l'intermédiaire du métal constituant les parois des tubes.
Lorsque les éléments sont disposés comme représenté sur la Fig. 3, la majeure partie de la chaleur rayonnée est interceptée, entre les tubes, par les pointes 16 et 18. La cha-
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leur rayonnée qui n'est pas interceptée en cet endroit par les pointes est interceptée par la paroi réfractaire 22 faite de préférence de briques disposées transversalement derrière les tubes.
La solidification des scories sur les pointes 16 et 18 pendant la combustion d'un combustible produisant des scories, protège la paroi 20 contre des températures trop élevées et contre la fusion. Au début, le foyer sera moins chaud et la température moyenne de la surface de la paroi sera moins élevée, mais comme les scories qui se solidifient s'accumulent sur les tubes et les pointes et surtout entre celles-ci où elles remplissent les espaces intermédiaires, la température à la surface de la paroi montera jusqu'à ce que les scories ne se solidifient plus, et un état d'équilibre s'établira de lui-même.
Afin d'éviter cet auto-réglage de la température à la surface de la paroi par suite de la solidification des scories, on peut, avant la mise à feu, disposer autour des pointes de la matière réfractaire à l'état plastique, dont l'excès sera automatiquement enlevé, lors de l'échauffement de la paroi, jusqu'à ce que soit atteinte l'épaisseur à laquelle les scories se solidifient et cessent de fondre.
On a constaté que les foyers existants à tubes d'eau peuvent être économiquement transformés sur place pour améliorer leur fonctionnement par l'application de la présente invention. Lorsque les pointes à têtes représentées sont appliquées sur les tubes de pareilles parois de foyers, il se produit,pendant la soudure, une telle localisation de chaleur à l'endroit du contact entre les têtes des pointes et les parois des tubes que l'assemblage s'effectue rapidement et le prix de la transformation est réduit au minimum. De même,
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l'interruption de service pendant la transformation est de courte durée.
Pour effectuer l'opération mentionnée, on ne chauf- fe qu'une extrémité de la pointe en rapprochant l'électrode de la tête,de sorte que la pression de soudage n'est appli- quée qu'à la tête chauffée électriquement. Pendant cette opé- ration, les pointes sont de préférence maintenues radialement par rapport au tube. Ceci accroit l'efficacité de la soudure et permet d'atteindre le maximum de capacité de transmission de chaleur de la construction obtenue. Après les avoir ainsi soudées, on plie les extrémités des longues pointes 16 de la construction suivant la Fig. 5, de façon à les écarter de leur position radiale indiquée en traits interrompus en 24, Fig. 5, pour leur donner la position convenable, de préférence paral- lèle à la paroi.
Les Figs. 7 et 8 montrent des blocs intermédiaires 26 et 28 situés entre les tubes et derrière ceux-ci. Suivant la Fig. 7, des pointes s'étendent de la face de ces blocs tournée vers le foyer, vers l'intérieur de celui-ci, et une couche de réfractaire plastique recouvre toutes les pointes garnissant les tubes et les blocs intermédiaires. Dans le cas de la Fig. 8, les blocs 26 portent des pointes 46 situées entre de longues pointes 48 garnissant les tubes 50 et 52 près des blocs, et les faces des tubes sont laissées à nu.
Les blocs sont de préférence maintenus en place par des poin- tes 54 et des griffes 56, les pointes 54 pouvant être soudées aux tubes. La construction suivant la Fig. 8 conduit à un foyer moins chaud que celle suivant la Fig. 7, à cause de la plus grande proportion exposée de métal nu.
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La Fig. 7 montre des tubes 58 et 60 qui ne portent pas de longues pointes. Dans ce cas, les faces antérieures des blocs 28 se trouvent plus en avant dans l'espace entre les tubes et présentent un plus grand nombre de pointes 62.
Lorsque la paroi du foyer fait partie d'une zone du foyer où la température est très élevée, les pointes des blocs et des tubes sont protégées par une couche interposée de réfractaire, comme le montre la Fig. 7. Dans des zones du foyer où la température est moins élevée, la couche de réfractaire peut être supprimée autour des tubes et maintenue sur les blocs comme le montre la Fig. 8. Lorsqu'on désire réaliser une paroi transmettant encore mieux la chaleur, en raison d'une température plus basse encore, on ne fait pas usage de réfractaire, ainsi que c'est représenté sur la Fig. 2.
La Fig. 9 montre la construction d'une paroi de foyer à multiples zones de température. Suivant cette construction, les tubes d'eau 82 d'une zone à basse température sont nus vers le foyer. Comme le montre la Fig. 9, les pointes 84 s'étendent uniquement vers l'espace entre les tubes où elles sont de préférence recouvertes d'une couche réfractaire 86. Dans une zone du foyer où la température est plus élevée, les mêmes tubes portent également de courtes pointes 88 perpendiculaires aux faces des tubes tournées vers le foyer et placées entre les rangées de pointes 84. Dans cette zone à température plus élevée, les tubes sont utilement revêtus d'une couche de réfractaire 90. Cette couche est disposée entre les pointes et les recouvre toutes.
Suivant la Fig. 10 qui montre en coupe la même construction, la couche réfractaire 86 est doublée d'une couche isolante 91 derrière laquelle se trouve la paroi 93 du foyer protégée par la chemise 95.
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On remarquera que dans la construction suivant la Fig. 7 les pointes plus courtes sont toutes disposées sur les faces des tubes tournées vers le foyer, entre les blocs intermédiaires. Dans la construction suivant la Fig. 6 les courtes pointes 97 et les longues pointes 48 sont disposées radialement par rapport aux tubes 12.
La Fig. 1 du dessin montre des tubes de paroi 92 qui correspondent aux tubes refroidisseurs à circulation de fluide décrits avec référence aux autres figures. Ces tubes, ainsi que les tubes 94 des parois opposées, sont de préférence disposés verticalement, en rangées, le long des parois d'un foyer de chaudière 96. A leurs extrémités supérieures ils sont reliés aux collecteurs 98 et 100. Les collecteurs sont reliés par des branchements 102 et 104 au corps d'eau et de vapeur 106 d'une chaudière à vapeur comportant un faisceau de tubes générateurs de vapeur 108 reliant un collecteur ascendant 110 à un collecteur descendant 112. Entre les tubes circulateurs de vapeur 114 et le faisceau de tubes d'eau est situé un surchauffeur 116 que les gaz du foyer viennent baigner avant de passer, entre les conduites descendantes 118, vers le carneau 120.
Les tubes latéraux 92 et 94 débouchent à leurs extrémités inférieures dans des collecteurs 122 et 124 connectés par des tubes 126 et 128 aux collecteurs déjà mentionnés. Certains des tubes, comme ceux désignés par 130, peuvent conduire directement du collecteur 124 au corps de vapeur et d'eau 106.
Le foyer représenté sur la Fig. 1 est un foyer permettant l'évacuation des scories, comportant un dispositif d'évacuation des scories 132. En face de ce dispositif se trouve un brûleur 134 servant à provoquer la combustion qui donne
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des scories fondues mises en suspension dans les produits de la combustion à l'intérieur du foyer. Le brûleur représenté à titre d'exemple est un brûleur à charbon pulvérisé dont l'ouverture d'injection est située entre des parties des tubes 94.
Bien que l'invention ait été décrite dans son application aux constructions représentées à titre d'exemple, il est évident qu'elle n'est pas limitée à ces applications.
REVENDICATIONS - :-
1.- Paroi de foyer de chaudière, comportant une rangée de tubes à circulation d'eau, plusieurs rangées de pointes métalliques sur des faces opposées de ces tubes et des blocs intermédiaires entre les tubes, portant également des pointes, les pointes d'une même rangée le long d'un tube ayant la même longueur, tandis que les pointes de rangées voisines sont de longueurs différentes.
2.- Paroi de foyer pour appareils échangeurs de chaleur à fluide, comportant une rangée de tubes conduisant du fluide, plusieurs rangées de pointes métalliques sur des faces opposées de ces tubes, à proximité du plan déterminé par les axes de ceux-ci, les pointes d'une même rangée le long d'un tube ayant la même longueur, tandis que les pointes de rangées voisines sont de longueurs différentes, les pointes les plus longues étant les plus éloignées de la source de chaleur.
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