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Perfectionnements aux parois de foyers.
La présente invention concerne des perfectionnements aux foyers. Elle se rapporte plus particulièrement aux parois refroidies par un fluide, dans des foyers à grande capacité de combustion.
L'invention vise notamment des perfectionnements comportant la disposition variable d'éléments de paroi susceptibles d'être modifiés pour assurer à différents degrés, suivant les besoins, la protection de la paroi et l'absorption de la chaleur des gaz du foyer.
L'invention procure des constructions applicables à des combustibles et des foyers très différents, et parti-
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culièrement aux combustibles qui forment mâchefers et dont la teneur en cendres et la température de fusion des cendres varient considérablement.
La plupart des parois de foyer à refroidissement par fluide actuellement en usage se composent de tubes espacés, disposés de préférence verticalement, entre lesquels ou derrière lesquels se trouvent des blocs de revêtement., métalliques ou réfractaires, ou de la maçonnerie. Dans certains cas le métal nu est exposé. Au point de vue de la solidité des collecteurs et de l'abaissement du coût de l'installation, il est important de ménager un écartement suffisant entre les tubes. Mais, dans les installations connues, cette mesure a pour effet d'exposer le revêtement entre les tubes à l'action destructice des cendres fondues et des mâchefers qui, agissent comme fondant et facilitent la fusion du réfractaire.
L'invention a pour but d'empêcher ces actions de prendre une importance excessive, lorsqu'il est nécessaire de couvrir le métal afin d'assurer au foyer et aux parois des températures plus élevées que celles qu'on pourrait atteindre avec des tubes ou plaques nus refroidis de l'autre côté.
On a déjà proposé, dans d'autres types de parois d'eau, de disposer des cloisons métalliques nues dans les espaces entre les tubes. Ces constructions permettent d'atteindre des températures de parois plus élevées que celles qu'on obtient avec des tubes nus, mais donnent lieu à un coût d'installation excessif, et causent certaines difficultés lorsqu'il s'agit d'espacer les tubes de manière à assurer un bon contact thermique entre les tubes et le métal,
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ainsi que des difficultés provoquées par des tensions locales dues à la dilatation. Un des buts de l'invention est également de vaincre ces difficultés.
Un autre but encore de l'invention est de créer des constructions où l'absorption de la chaleur dans l'espace entre tubes est proportionnée de façon que le revêtement réfractaire ou isolant soit protégé sans absorber une quantité de chaleur qui déterminerait un abaissement excessif de la température à la surface de la paroi. En même temps, et dans le même but, on prévoit un revêtement protecteur pour les tubes eux-mêmes. Plus particulièrement, on prévoit une couche réfractaire calorifuge permanente entre la source de chaleur et les tubes. Ceci est réalisé d'une façon qui convient très bien pour les différentes allures du foyer.
L'invention fournit des constructions perfectionnées de foyers, réalisées par différentes combinaisons de tubes, de pointes soudées à ces tubes et de réfractaire, le tout coopérant en vue de satisfaire aux exigences d'une combustion appropriée et d'un fonctionnement de la chaudière en rapport avec l'allure désirée du foyer.
L'absorption de la chaleur peut être maintenue à un degré réduit et la température des parois à une valeur élevée dans certaines zones, par exemple au voisinage des endroits où s'accumulent les scories .du foyer, et en même temps l'absorption dé la chaleur peut être intense et la température des parois relativement basse dans d'autres zônes, par exemple là où l'on désire produire de la vapeur dans les tubes de parois et refroidir les gaz du foyer avant de les envoyer au faisceau de tubes de la chaudière.
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Le dessin annexé représente à titre d'exemple plu- sieurs constructions suivant l'invention. Sur ce dessin:
Fig. 1 est une coupe verticale schématique d'un foyer et d'une chaudière à vapeur.
Fig. 2 est une coupe partielle d'une paroi d'échange thermique, faisant partie d'un foyer suivant la Fig. 1.
Fig. 3 est une élévation partielle de côté d'un tube hérissé, sans réfractaire entre les pointes.
Fig. 4 est une élévation de face de la même cons- truction.
Fig. 5 est une élévation partielle de coté d'un tube de construction modifiée.
Fig. 6 est une coupe transversale d'un tube hérissé portant des rangées de pointes disposées en quinconce.
Fig. 7 est une coupe partielle d'une paroi de foyer semblable à celle représentée sur la Fig. 2.
Fig. 8 est une élévation partielle d'une paroi de foyer, le réfractaire étant omis en partie pour montrer la disposition des pointes sur les tubes, et montrant également deux zônes de températures différentes créées par des dispo- sitions différentes de pointes et de réfractaire à la partie supérieure et à la partie inférieure.
Fig. 9 est une coupe horizontale partielle suivant la ligne 9-9 de la Fig. 8, montrant les tubes à nu dans une zone à température élevée du foyer.
Fig. 10 est une vue, partiellement en coupe, perpen- diculairement au plan de la Fig. 8.
Fig. 11 est une coupe partielle suivant la ligne II- II de la Fig. 8.
Fig. 12 est une coupe partielle d'une paroi de foyer de construction modifiée, avec pointes à têtes soudées aux tubes conduisant le fluide.
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Sur le dessin, la Fig. 2 montre une rangée de tubes 10 servant au refroidissement de la paroi avec une couche de calorifuge 14 disposé entre les tubes et les recouvrant du côté opposé au foyer. Lorsque cette couche n'est pas mainte- nue en place par la botte du foyer ou par une paroi extéri- eure eh briques, on peut utiliser des entretoises 11. Celles- ci sont de préférence soudées aux tubes 10. Des cavaliers 13 viennent alors en contact avec la face extérieure de la cou- che calorifuge.
Du côté du foyer, des pointes 12 sont soudées élec- triquement aux tubes. Elles ont pour effet de conduire rapi- dement de la chaleur vers l'intérieur des tubes sans que les extrémités des pointes exposées aux gaz du foyer soient sur- chauffées,la température étant ainsi maintenue à une va- leur suffisamment basse.
Les pointes les plus rapprochées de la couche 14 et s'étendant en partie à travers l'espace entre les tubes in- terceptent la chaleur qui, autrement serait transmise à cette couche. Cette chaleur interceptée est conduite directement vers les parois métalliques des tubes 10. De cette manière les pointes interviennent pour maintenir la température de la paroi dans les limites désirées. Lorsqu'on emploie une couche de réfractaire 15, les pointes servent également de chevilles pour maintenir cette couche en place.
La transmission rapide et efficace de la chaleur des extrémités des pointes vers les tubes est améliorée lorsque les pointes présentent des têtes comme représenté en 17 sur la Fig. 2. Ces pointes à têtes présentent des bases à grande surface soudées au métal des tubes. En même temps elles pré- sentent des épaulements qui facilitent l'opération de soudure.
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La pression exercée sur ces épaulements et le contact de soudage électrique contribuent à rendre la construction représentée plus économique. La surchauffe de ces pointes est également évitée. Une construction semblable, mais avec pointes sans têtes est représentée sur la Fig. 7.
Si, en soudant électriquement les pointes aux tubes, la pression et le courant devaient être appliqués aux extrémités saillantes des pointes on risquerait de surchauffer celles-ci. Pour éviter ce danger, l'invention prévoit l'application de la pression et du courant à l'épaulement on à la tête des pointes près des extrémités situées au contact des tubes.
Lorsque les pointes à têtes construites comme le montrent les Figs. 3, 4, 5, 6, 8 et 10 sont soudées aux tubes, dans des positions en quinconce d'une rangée à la rangée voisine le réfractaire est mieux maintenu et ancré entre les tubes. Dans ce cas le nombre de pointes de plusieurs rangées adjacentes atteint un maximum dans les zones voisines des faces en regard des tubes adjacents d'une même rangée.
La présente invention se rapporte également aux pointes sans tête, ainsi qu'aux pointes de forme tronconique, dont la base la plus large est en contact avec les tubes. Les pointes de ce type sont avantageusement soudées par un procédé dans lequel le courant et la pression sont appliqués aux pointes près des extrémités tournées vers les tubes.
Si les pointes exposées à l'intense chaleur rayonnée et à l'action scorifiante d'un foyer de chaudière moderne étaient trop longues, leurs extrémités brûleraient. D'autres considérations encore interviennent pour la détermination de la longueur des pointes. Si les pointes s'étendant dans l'es-
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pace entre tubes étaient trop courtes, l'écartement des tubes deviendrait trop faible pour permettre l'interception désirée de la chaleur rayonnée dans cet espace. Par suite du grand nombre de tubes, cette disposition augmenterait exagérément le coût de l'installation. Elle entraînerait également un déforcement préjudiciable des collecteurs dans lesquels les tubes débouchent.
Pour toutes ces raisons l'invention prévoit un grand écartement entre les tubes, les pointes 20 qui s'étendent dans l'espace entre tubes, étant plus longues que les pointes antérieures 18 représentées sur les Figs. 8, 11 et 12.
Lorsque la température du foyer devient trop élevée, la surface de la couche réfractaire entre en fusion. Ceci continue jusqu'à ce que le refroidissement assuré par les pointes produise l'effet inverse. La fusion de la paroi est alors arrêtée. Le jeu alterné de ces effets conduit à la formation de scories lorsque l'effet de refroidissement est prédominant. La paroi s'épaissit alors jusqu'à ce que la température devienne excessive et provoque de nouveau la fusion. Cette dernière peut avoir pour effet de rongerkles extrémités des pointes quand celles-ci sont trop longues.
Lorsque les pointes qui garnissent les faces antérieures, tournées vers le foyer des tubes, sont courtes et couvertes de réfractaire, comme le montrent les Figs. 8, 11 et 12, le jeu alterné des effets mentionnés plus haut conduit à un équilibre de température. Dans ces conditions les pointes antérieures ne se consument guère, même lorsque le foyer est conduit de façon à dégager une chaleur intense et que les scories fondues formées par la combustion du combustible ont une forte action destructice. Les courtes pointes
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18 ne sont pas exposées directement, et les pointes plus longues, dans les espaces entre les tubes, ne subissent pas un échauffement aussi intense.
Dans des zones du foyer au-dessus de la z8ne de combustion et voisines de la chaudière de l'installation re- présentée, il est désirable de refroidir les gaz du foyer, afin que le maximum de particules de scories en suspension dans les produits de combustion puissent se déposer avant de venir en contact avec le faisceau principal de tubes générateurs de vapeur. Pour cette raison l'invention prévoit des parois de foyer à plus grande conductivité de chaleur.
Semblable construction est représentée à la partie supérieure des Figs. 8 et 10. Ici, les parties 42 des tubes sont nues à leur face intérieure tournée vers le foyer. Les courtes pointes entre la double rangée de pointes en quinconce 20 sont supprimées, mais les espaces entre tubes sont remplis de ré- fractaire fixé par les pointes en quinconce qu'il enrobe.
La construction de la z8ne de température la plus élevée ou zone de combustion du foyer est représentée sur la partie inférieure des Figs. 8 et 10. Ici les pointes-sont de préférence réparties sur toute la face des tubes tournée vers le foyer, avec de courtes pointes antérieures 18 disposées entre les longues pointes 20 de l'espace entre les tubes.
Toutes les pointes, et les faces antérieures des tubes, sont de préférence couvertes d'une couche de réfractaire 46, comme le montrent les figures.
La Fig. 10 est une coupe de la paroi représentée sur la Fig. 8. Ici la couche de réfractaire 28 est doublée d'une couche extérieure 48 adjacente à la botte 50 du foyer.
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Pendant que la température de la face intérieure de la paroi représentée est maintenue en équilibre, il se produit un amincissement de la couche de réfractaire. Aux en-' droits où les pointes exercent alors leur effet refroidissant, des scories se déposent ensuite, la couche intérieure de la paroi restant toujours à la température de fusion. Ces effets conduisent à une surface inégale et ondulée de la paroi qui favorise encore le dépôt des scories du combustible en ignition. Ainsi une paroi amincie se nourrit plus rapidement lors d'un changement de température du foyer. La construction représentée assure ce résultat avec une économie considérable sur le coût d'installation et les frais de réparations.
L'invention se rapporte également à la restauration ou à la transformation de foyers existants, ce qui se fait en soudant aux tubes de ces foyers, des pointes telles que celles représentées et décrites.
Une semblable transformation est praticable dans des foyers dont les tubes sont déformés. Même si des tubes adjacents de ces foyers sont fortement tordus, une paroi entière du foyer peut être réalisée suivant les données de l'invention.
Les faces tournées vers le foyer, des tubes 29 représentés sur les Figs. 3 et 4 présentent des saillies transversales 30 qui peuvent être créées en même temps que les tubes, par exemple au cours du laminage. Ces saillies sont de préférence disposées en une rangée située entre les rangées opposées des pointes, en quinconce 22. Lorsque de pareils tubes sont exposés sans revêtement à la chaleur d'un combustible scorifiant, les mâchefers ou les cendres fondues peuvent s'accumuler sur les saillies.
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Les constructions de foyers décrites plus haut sont applicables à des installations comme celle représentée sur la Fig. 1. Celle-ci montre un large foyer situé en-dessous d'une chaudière à vapeur. Le foyer comporte des dispositifs pour brûler, dans la chambre de combustion 52., du combustible formant des mâchefers. Le brûleur 54 représenté est prévu pour du charbon pulvérisé. L'ouverture d'injection du brûleur 54 se trouve entre les tubes de paroi 56 qui relient le collecteur supérieur 58 au,collecteur inférieur 60. A l'extérieur du foyer ces collecteurs sont reliés entre eux par des tubes cireulateurs 62. Des tubes montants 64 relient le collecteur 58,au corps de vapeur et d'eau 66 de la chaudière.
Le long de la paroi .opposée du foyer se trouvent des tubes 68 refroidis par de l'eau, qui relient le collecteur supérieur 70 au collecteur inférieur 72. Des tubes circulateurs extérieurs relient ces collecteurs entre eux, et le collecteur supérieur fait partie du système de circulation de la chaudière, par exemple par l'intermédiaire des tubes 76.
Le foyer représenté permet d'évacuer les mâchefers et présente à sa base un dispositif 78 pour leur évacuation.
Au-dessus du foyer se trouve une chaudière à vapeur comportant des tubes générateurs de vapeur horizontaux inclinés 80 qui relient un collecteur montant 82 à un collecteur descendant 84. Ce dernier est relié au corps de vapeur et d'eau 66 par des branchements 86 s'étendant à travers le passage qui conduit les gaz vers le carneau 88. Des tubes montants 90 conduisent vers les parties représentées du système circu- ateur de vapeur 92 situées au-dessus d'un surchauffeur 94.
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Dans les constructions représentées les diamètres, longueurs et écartements des pointes sont proportionnés de façon que la presque totalité de réfractaire entre les pointes est maintenu à une température inférieure à sa température de fusion ou à celle à laquelle se produit la corrosion par les scories. Le réfractaire interposé est également maintenu à une température inférieure à celle à laquelle il est attaqué par les scories. La température des parties les plus chaudes des pointes est inférieure à celle à laquelle se produit 1'oxydation progressive.
Bien que l'invention ait été décrite dans son application aux constructions représentées sur le dessin, il est entendu qu'elle n'est pas limitée à ces applications particulières.
REVENDICATIONS
1) Paroi de foyer de chaudière, comportant une rangée de tubes de paroi refroidis par l'eau, et des rangées diamétralement opposées de pointes en quinconce situées dans le plan de la paroi pour maintenir en place du réfractaire et des scories qui constituent une couche située entre les tubes et le combustible brûlant dans le foyer.
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