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NOUVEAUX TYPES DE OHAUDIERES
L'invention concerne des caractéristiques nou- velles dans la disposition des chaudières et de nouveaux types de chaudières, plus particulièrement en vue de leur adaptation aux foyers en forme de cane où le combustible en grains est maintenu en suspension pneumatique permanente dans une chambre où les parois convergent lentement vers le bas jusqu'à ne laisser que l'orifioe nécessaire à la partie inférieure pour l'évaouation des mâchefers,-
Pour gagner de la hauteur, la surface de chauffe peut être disposée à la périphérie du cône et non au-dessus.
En montant vers la partie supérieure les gaz rencontrent un plafond oontre lequel les grains viennent heurter par vitesse aoquise et retombent pendant que les gaz s'échap- pent latéralement.-
Le cône peut lui-même être constitué de tubes reliés à la partie inférieure par un collecteur annulaire ou constituant lui-même un water-jacket conique.- Ces tubes seraient très espacés à la partie supérieure tout en @
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étant très serrés à la partie intérieure.- On peut y remédier en les superposant à la partie inférieure sur deux ou plusieurs.rangs tout en les maintenant juxtaposés à la partie supérieure.
Sur ce cône en tubes et sur ce collecteur inférieur peut reposer le revêtement réfractai- re sans le concours d'aucun autre support.- Les tubes peuvent également être remplaoés par des collecteurs de section rectangulaire et jointifs sur toute la hauteur.-
Le courant gazeux après avoir léché dans son ascension le faisceau tubulaire qui tapisse la paroi peut le franchir obliquement et horizontalement par un évasement et une ouverture appropriée de cette paroi, puis redescendre latéralement par un faisceau tubulaire approprié.
- Cette disposition se prête bien au retour des suies dans le foyer où elles seront aspirées par le puissant effet de cheminée de celui-ci sans aucun concours de ventilation.-
Des prélèvements du débit gazeux peuvent être faits à différents niveaux du cône de même que des introductions d'air ou encore des réinjections de partie du gaz ayant tra- versé la chaudière.- Après avoir traversé horizontalement les tubes du cône, le courant gazeux peut redescendre à travers un faisceau tubulaire dont ces tubes-murs peuvent d'ailleurs faire en quelque sorte partie.- Si les grains en pneumatique gros caliSi les grains en suspension/sont d'assez gros cali- bre (1 mm, par exemple), pour avoir une indépendance suffi- sante par rapport au courant gazeux,
celui-ci peut être filtré de ces grains par le passage à travers un faisceau tubulaire dont les tubes sont disposés en quinconce et que les grains, dans leurs mouvements oscillants et par leur vitesse acquise viennent bombarder sans pouvoir les contourner. Ces grains retombent alors et sont ramenés dans le feu.-
Dans le cas où le foyer est cône et où le faisceau tubulaire est de révolution comme lui, le collecteur supé- rieur pourra être avantageusement sphérique.- @
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La chambre de combustion peut être non seulement tapissée, mais remplie de tubes d'eau vaporisateurs.- Donc des tubes peuvent être plongés dans le feu en plein milieu du foyer, au sein du brouillard de grains incandescents et loin de toute paroi protectrice,
Ce principe du tube dans le feu qui serait difficilement utilisable dans les autres procèdes de combustion l'est ici en raison de la grande densité de grains en suspension dans l'unité de volume : un grain incandescent ne voit que des grains incandescents autour de lui, il est entièrement enveloppé d'une sphère incandescente. Ceci ne cesse d'être vrai que pour les grains au voisinage immédiat de la paroi froide ou du tube.-
Ce type de foyer est apte à des températures excessivement élevées.
Toutes ces considérations justifient l'application de cette invention des tubes dans le feu.- Ceux-oi, à la différence des tubes-murs, vaporisent sur toute leur périphérie et réduisent par là le prix unitaire de l'installation.-
Ces tubes dans le feu peuvent être "borgnes", interrompus dans leur descente dans le foyer et ainsi sus- pendus dans le vide de la oh ambre conique.- Ils comportent alors un tube intérieur de descente d'eau.- Par une dis- position. spéciale de ces tubes verticaux la.vapeur peut en même temps se surchauffer dans la fin de sa course asoen- dante.
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Ces tubes dans le feu peuvent être verticaux ou inclinés et traverser la paroi délimitant le foyer conique en sorte qu'une partie de la longueur d'un tube est dans le feu, l'autre partie étant chauffée par convection dans les circuits ultérieurs du courant gazeux.-
Ce faisceau tubulaire dans le feu peut se prolon- ger verticalement beaucoup plus haut que la section supé- rieure du cône et à une hauteur à,laquelle les grains en suspension ne peuvent atteindre.
Le foyer conique se pro- longe alors wers le haut par une chambre cylindrique où
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progresse le courant gazeux ascendant et où il échange sa chaleur par oonveotion avec ce faisceau, tubulaire, après que celui-ci a reçu plus bas la chaleur rayonnée du brouillard incandescent.-
Les tubes dans le feu peuvent être balayés par des racleurs annulaires réfraotaires, ayant un mouvement alter- natif commandé par le bas ou le haut.-
Les tubes d'eau dans le feu peuvent être de section décroissante de bas en haut de manière à contribuer à la décroissance de la vitesse du courant gazeux ascendant dans les limites assurant la stabilité et la permanence de la suspension pneumatique des grains de combustible.-.
Inversement le feu peut se maintenir dans un ou plusieurs "tubes-fumée" à axe vertical et coniques. Ces tubes-fumée peuvent prendre les proportions de véritables foyers intérieure mais réalisant par leur disposition la suspension pneumatique. Dans ce cône métallique peuvent pénétrer des injections d'air latérales ou inversemment être faites des dérivations de gaz.-
Selon ce principe du foyer intérieur conique on pourra réaliser une chaudière type marine où le courant gazeux, après être monté dans un tel foyer-cône, redescend latéralement par des tubes-fumée ordinaires mais verticaux disposés sur le bouilleur à la périphérie du cône.-
Dans le foyer en suspension pneumatique (déposé sous le N 310.324)
la zone d'intense débit de chaleur par la combustion est la zone inférieure relativement rappro- chée du sommet du cône et relativement peu volumineuse, le volume supérieurservant surtout à abaisser suffisamment la vitesse des gaz pour que la partie des grains les plus fins bénéficie aussi de la stabilité de la suspension et de sa permanence aussi longtemps que dure la combustion. Mains on peut diminuer beaucoup le volume de la chambre en n'imposant cette stabilité de la suspension que pour la part des grains
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les plus gros.
Alors le foyer est disposé de telle sorte qu'à la partie supérieure du cône les grains fins et incandescents sont entraînés avec le courant gazeux resdesoendant avec celui- ci pour s'en décanter et être repris à la partie inférieure du cône par le oourant gazeux ascendant. Dans ce circuit les grains peuvent rester en permanence à l'incandescence.
Dans la partie descendante de son paroours cette atmosphère gazeuse fortement chargée de grains incandescents peut ou non céder de la chaleur à une surface tubulaire. -
La Fig.l de la planche 1, représente sohématiquement une chaudière Type Marine spécialement construite pour l'utili- sation au mieux du foyer en suspension pneumatique déposé sous le N 310.324.- Elle est essentiellement constituée par un corps de chaudière annulaire dont la demi -section a la forme d'un tra- pèze ABCD, la figure étant symétrique par rapport à l'axe X-Y.- En 1 se trouve le foyer-cône proprement dit dans lequel les par- v tioules de combustible brûlent en suspension aérodynamique stable ainsi qu'il est décrit dans les spécifications du procédé de oom- bustion pneumatique cité plus haut.
Les gaz chauds provenant de la combustion traversent le corps de chaudière au travers des tubes de fumée 5 et 6. Ils ont une marche descendante dans les tubes 5 et ascendante dans les tubes 6. Ce corps de chaudière est relié à sa partie inférieure à un water-jacket 7 qui facilite le refroidissement des mâchefers et leur évacuation.- Ce water-jaoket est traversé de tubes 9, 10, 11, 12 et 13 per- mettant l'introduction de l'air secondaire, l'air primaire en- trant par le sommet de cône en 8.
La hauteur d'injection de cet air est réglée au moyen de divers dispositifs: soit des volets circulaires 14, 15, 16, 17, 18 mobiles autour du cône, disposés les uns au-dessus des autres et permettant par sim- ple rotation l'obturation ou l'ouverture de toute la série d'orifices placés au même niveau horizontal, soit des ri- deaux descendants, ou tout autre dispositif. - En 19 se trouve une trémie à suies, lesquelles sont retournées au foyer par le plan incliné 20 et aspirées par l'orifice 21. -
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En 22 se trouve le tube d'alimentation du water-jacket.- La partie 23 du corps de chaudière qui est en contact direct avec les gaz chauds de la combustion contient une masse d'eau plus importante.-
La figure 2, symétrique par rapport àa l'axe X-Y, représente schématiquement une chaudière spéciale pour foyer- cône.
Elle comporte essentiellement un bouilleur supérieur 24 et un bouilleur inférieur 25 qui peuvent être annulaires.- 26 constitue un water-jacket en communication avec la chaudière et en contact direct avec le feu. En 27 se trouve le foyer-cône dans lequel sont maintenus en suspension aéro- dynamique stable et homogène les particules de combustible suivant le procédé de combustion en suspension pneumatique déjà cité. La particularité de cette chaudière est que le cône est formé de tubes murs 28 et 29 portant la maçonnerie 30.- Les bouilleurs sont reliés entre eux par les tubes 31, 32, 33, 34, de même que par les tubes 28 et 29.
Ceux-ci qui chevauchent alternativement l'un derrière l'autre à la partie inférieure du cône, se raccordent au bouilleur circulaire F sur une même circonférence horizontale ayant pour centre l'axe X-Y.- La water-jaoket 26 peut être traversé d'orifices comme dans le cas de la fig.l pour permettre le règlage de la hau- teur d'introduction de l'air secondaire. Les gaz s'acheminent par un jeu de chicanes 35 et 36 suivant les flèches 37 avant de se rendre à la cheminée. Les suies se déposent sur le plan incliné 38 et sont entraînées vers le foyer où elles sont aspirées en 39.
L'eau revient au water-jaoket par le tube de retour 40. En 41 se trouve un plafond réfractaire contre lequel les grains très fins viennent se heurter par vitesse acquise et retombent dans le foyer 27.-
Les bouilleurs ne sont pas forcément annulaires, mais chacun peut être constitué de 4 éléments formant un carré, ou de plusieurs formant un polygone.-
La fig.3 représente un autre dispositif où les tubes d'eau plongent partiellement dans le feu même du foyer-
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cône. Cette chaudière est constituée de deux bouilleurs de forme annulaire 42 et 43 reliés entre eux par les tubes verticaux 44, la figure étant symétrique par rapport à l'axe X-Y.
En 45 se trouve le foyer en combustion pneumatique dans lequel les particules de oombustible sont maintenues en sus- pension aérodynamique stable, Un plafond réfractaire 46 ferme la chambre de combustion à la partie supérieure. Les grains les plus fins viennent heurter ce plafond par vitesse acquise et retombent dans le foyer 45. Du fait de la paroi conique 47 et du jeu de chicanes cylindriques 48, les gaz s'acheminent vers la cheminée suivant les flèohes 49.
Les suies entraînées retombent sur le plan incliné 50, d'où elles descendent à nouveau vers le foyer et sont aspirées par l' orifioe 51 pour être brûlées.- Ici également les bouilleurs ne sont pas forcément annulaires, mais chacun peut être constitué de quatre éléments formant un oarré ou d'un nombre supérieur formant un polygone.-
A la fig. 4 on a représenté schématiquement un nouveau dispositif de chaudière pouvant s'adapter spédia- lement au foyer en suspension pneumatique déjà cité. En 52 se trouve le foyer proprement dit en cône diffuseur où les grains de combustible forment un brouillard incandescent en suspension gazeuse stable et permanente.
En 53 se trouve une chambre de forme cylindrique limitée par les parois réfraotaires 66 que traversent les gaz de la combustion avant de se rendre à la cheminée. La chaudière elle-même est constituée d'un bouilleur sphérique 54 portant des tubes d'eau verticaux 55, 56, 57, 58 etc.. plongeant dans les gaz et dans le feu jusque dans le foyer-cône. Mais pour permettre de réaliser la suspension stable et homogène du combustible on doit maintenir une seotion libre progres- sivement oroissante de bas en haut-selon le principe du procédé de oombustion pneumatique. C'est pourquoi les tubes ne descendent que progressivement dans le cône depuis la périphérie vers le oentre.
A l'intérieur de chacun de ces
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tubes de vaporisation est adapte un second- tube intérieur 59, 60, 61, 62 etc.. permettant la circulation d'eau.- Les tubes pourront être avantageusement munis de râoleurs 63, 64, 65, etc.. destinés à détacher les suies et main- tenir une libre circulation des gaz .
- Dans le cône les tubes reçoivent la chaleur par rayonnement du feu sur toute leur périphérie tandis que dans la chambre cylindrique ils échangent leur chaleur et épuisent leur température par convection.- De même que le foyer Stouff n'est pas forcément de section circulaire, de même ce type de chaudière n'est pas forcément de révolution comme sur la fig.4, mais peut être de forme allongée.-
La fig.5 représente un nouveau dispositif de chaudière qui permet de réaliser la combustion en suspen- sion aérodynamique stable et permanente au moyen de tubes d'eau 67, 68, 69, 70, 80 etc..
plongeant dans le feu, de section décroissante vers le haut et supportés par un bouilleur 84, le tout étant disposé dans une chambre de forme cylindrique 81.- Par suite de la forme même des tubes d'eau la section libre va en augmentant vers le haut ce qui permet de réaliser le principe de suspension du procédé de combustion pneumatique.- Chacun de ces tubes est parcouru par un petit tube intérieur 82, 83 etc.. permettant la cir- culation d'eau.-
Les fig. 6 et 7 représentent un dispositif très simple où des tubes de vaporisation sont horizontaux ou lé- gèrement inclinés.
Ils sont plus espacés et moins nombreux à mesure que l'on s'élève ce qui a pour effet de faire crof- tre de bas en haut la section libre offerte au courant gazeux ascendant, ce qui permet de réaliser le principe de la sus- pension aérodynamique stable des particules, principe à la base du procédé déposé sous le N 310.324.-
En 84, se trouvent les parois du foyer de forme conique ou même cylindrique et en 85, 86, 87, 88, etc. les
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NEW TYPES OF OHAUDIERES
The invention relates to new features in the arrangement of boilers and new types of boilers, more particularly with a view to their adaptation to cane-shaped fires where the grain fuel is kept in permanent pneumatic suspension in a chamber where the heaters. walls converge slowly downwards until leaving only the orifice needed at the lower part for the evaouation of the bottom ash, -
To gain height, the heating surface can be placed at the periphery of the cone and not above.
Going up towards the upper part, the gases meet a ceiling against which the grains strike at high speed and fall while the gases escape laterally.
The cone may itself consist of tubes connected to the lower part by an annular manifold or itself constituting a conical water-jacket. These tubes would be widely spaced at the upper part while @
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being very tight on the inside. - This can be remedied by superimposing them on the lower part on two or more rows while keeping them juxtaposed to the upper part.
On this cone in tubes and on this lower collector the refractory lining can rest without the help of any other support.- The tubes can also be replaced by collectors of rectangular section and contiguous over the entire height.-
The gas stream, after having licked the tubular bundle which lines the wall in its ascent, can cross it obliquely and horizontally by a flaring and an appropriate opening of this wall, then descend laterally by a suitable tube bundle.
- This arrangement lends itself well to the return of soot to the hearth where it will be sucked in by its powerful chimney effect without any ventilation assistance.
Gas flow samples can be taken at different levels of the cone as well as air introductions or even reinjections of part of the gas that has passed through the boiler. - After having passed horizontally through the tubes of the cone, the gas flow can down through a tube bundle of which these wall tubes can moreover form part of it - If the grains in large caliber tire If the grains in suspension / are of fairly large caliber (1 mm, for example), to have sufficient independence from the gas stream,
these grains can be filtered by passing them through a tube bundle, the tubes of which are staggered and which the grains, in their oscillating movements and by their acquired speed, bombard without being able to bypass them. These grains then fall and are brought back into the fire.
In the case where the focal point is a cone and where the tube bundle is of revolution like it, the upper collector can advantageously be spherical.
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The combustion chamber can be not only lined, but filled with vaporizing water tubes - So tubes can be plunged into the fire right in the middle of the hearth, within the fog of incandescent grains and far from any protective wall,
This principle of the tube in the fire which would be difficult to use in other combustion processes is here because of the high density of grains in suspension in the unit of volume: an incandescent grain only sees incandescent grains around it , it is entirely enveloped in an incandescent sphere. This only ceases to be true for grains in the immediate vicinity of the cold wall or tube.
This type of fireplace is suitable for excessively high temperatures.
All these considerations justify the application of this invention of the tubes in the fire.- These, unlike the wall tubes, vaporize over their entire periphery and thereby reduce the unit price of the installation.-
These tubes in the fire can be "blind", interrupted in their descent into the hearth and thus suspended in the void of the conical amber.- They then comprise an inner tube of water descent.- By a dis- position. At the same time, the vapor can overheat at the end of its suction stroke.
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These tubes in the fire can be vertical or inclined and pass through the wall delimiting the conical hearth so that part of the length of a tube is in the fire, the other part being heated by convection in the subsequent circuits of the current. gaseous.-
This tube bundle in the fire can extend vertically much higher than the top section of the cone and at a height which suspended grains cannot reach.
The conical hearth is then extended wers the top by a cylindrical chamber where
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progresses the ascending gas current and where it exchanges its heat by oonveotion with this bundle, tubular, after this one has received lower down the heat radiated from the incandescent fog.
The tubes in the fire can be swept by refraotary annular scrapers, having an alternating movement controlled by the bottom or the top.
The water tubes in the fire can be of decreasing section from bottom to top so as to contribute to the decrease in the speed of the upward gas current within the limits ensuring the stability and permanence of the pneumatic suspension of the fuel grains. .
Conversely the fire can be maintained in one or more "smoke tubes" with vertical axis and conical. These smoke tubes can take the proportions of real indoor fireplaces but providing by their arrangement the pneumatic suspension. In this metallic cone can penetrate side air injections or conversely be made gas bypasses.
According to this principle of the conical interior hearth, a marine-type boiler can be produced where the gas stream, after being mounted in such a cone-hearth, descends laterally through ordinary but vertical smoke tubes arranged on the boiler at the periphery of the cone.
In the hearth in pneumatic suspension (filed under N 310.324)
the zone of intense heat flow by combustion is the lower zone relatively close to the top of the cone and relatively not very voluminous, the upper volume serving above all to lower the speed of the gases sufficiently so that the part of the finest grains also benefit the stability of the suspension and its permanence as long as the combustion lasts. Hands, the volume of the chamber can be greatly reduced by imposing this stability of the suspension only for the part of the grains
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The biggest.
Then the hearth is arranged so that at the upper part of the cone the fine and incandescent grains are entrained with the gaseous stream resdesoendant with this one to settle and be taken up at the lower part of the cone by the gaseous current. ascending. In this circuit the grains can remain permanently incandescent.
In the descending part of its paroours this gaseous atmosphere strongly charged with incandescent grains may or may not give up heat to a tubular surface. -
Fig.l of plate 1, represents a schematic of a Marine Type boiler specially built for the best use of the pneumatic suspension fireplace deposited under N 310.324.- It is essentially constituted by an annular boiler body, the half of which -section has the shape of a trapezoid ABCD, the figure being symmetrical with respect to the XY axis. - At 1 is the actual hearth-cone in which the fuel particles burn in stable aerodynamic suspension as described in the specification of the pneumatic combustion process cited above.
The hot gases from the combustion pass through the boiler body through the flue tubes 5 and 6. They have a descending step in the tubes 5 and ascending in the tubes 6. This boiler body is connected at its lower part to a water-jacket 7 which facilitates the cooling of the bottom ash and its evacuation.- This water-jaoket is crossed by tubes 9, 10, 11, 12 and 13 allowing the introduction of the secondary air, the primary air in- trant by the apex of the 8 cone.
The height of injection of this air is regulated by means of various devices: either circular flaps 14, 15, 16, 17, 18 movable around the cone, arranged one above the other and allowing by simple rotation l sealing or opening the whole series of orifices placed at the same horizontal level, either descending curtains, or any other device. - At 19 is a soot hopper, which are returned to the hearth by the inclined plane 20 and sucked through the orifice 21. -
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At 22 is the water-jacket supply tube. - Part 23 of the boiler body which is in direct contact with the hot combustion gases contains a larger mass of water.
Figure 2, symmetrical with respect to the X-Y axis, schematically represents a special boiler for a cone hearth.
It essentially comprises an upper boiler 24 and a lower boiler 25 which may be annular. 26 constitutes a water jacket in communication with the boiler and in direct contact with the fire. At 27 is the hearth-cone in which the fuel particles are maintained in stable and homogeneous aerodynamic suspension according to the combustion process in pneumatic suspension already mentioned. The particularity of this boiler is that the cone is formed of wall tubes 28 and 29 carrying the masonry 30.- The boilers are connected to each other by tubes 31, 32, 33, 34, as well as by tubes 28 and 29.
These which overlap alternately one behind the other at the lower part of the cone, are connected to the circular boiler F on the same horizontal circumference having for center the axis XY. - The water-jaoket 26 can be crossed by orifices as in the case of fig.l to allow adjustment of the height of introduction of the secondary air. The gases are routed through a set of baffles 35 and 36 following arrows 37 before reaching the chimney. The soot is deposited on the inclined plane 38 and is drawn towards the hearth where it is sucked in at 39.
The water returns to the water-jaoket through the return tube 40. At 41 there is a refractory ceiling against which the very fine grains collide by acquired speed and fall back into the hearth 27.-
The boilers are not necessarily annular, but each can be made up of 4 elements forming a square, or several forming a polygon.
Fig. 3 shows another device where the water tubes are partially immersed in the very fire of the hearth-
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cone. This boiler consists of two annular-shaped boilers 42 and 43 interconnected by vertical tubes 44, the figure being symmetrical with respect to the X-Y axis.
At 45 is the pneumatic combustion hearth in which the fuel particles are held in stable aerodynamic suspension. A refractory cap 46 closes the combustion chamber at the top. The finest grains strike this ceiling by acquired speed and fall back into the hearth 45. Due to the conical wall 47 and the set of cylindrical baffles 48, the gases are routed towards the chimney following the arrows 49.
The entrained soot falls back on the inclined plane 50, from where it descends again towards the hearth and is sucked by the orifioe 51 to be burned.- Here also the boilers are not necessarily annular, but each can consist of four elements forming a square or a greater number forming a polygon.
In fig. 4 schematically shows a new boiler device which can be adapted specifically to the air-suspended hearth already mentioned. At 52 is the focus proper in diffusing cone where the fuel grains form an incandescent fog in stable and permanent gaseous suspension.
At 53 is a cylindrical chamber limited by the refraotaire walls 66 through which the combustion gases pass before reaching the chimney. The boiler itself consists of a spherical boiler 54 carrying vertical water tubes 55, 56, 57, 58, etc., immersed in the gases and in the fire up to the hearth-cone. However, in order to achieve the stable and homogeneous suspension of the fuel, a free seotion must be maintained progressively from bottom to top - according to the principle of the pneumatic combustion process. This is why the tubes only descend gradually into the cone from the periphery towards the center.
Inside each of these
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vaporization tubes is fitted with a second inner tube 59, 60, 61, 62 etc .. allowing the circulation of water. - The tubes can be advantageously provided with grinders 63, 64, 65, etc. intended to detach the soot and maintain a free flow of gases.
- In the cone, the tubes receive heat by radiation from the fire over their entire periphery, while in the cylindrical chamber they exchange their heat and exhaust their temperature by convection - Just as the Stouff fireplace is not necessarily of circular section, similarly, this type of boiler is not necessarily of revolution as in fig. 4, but can be elongated.
Fig. 5 shows a new boiler device which allows combustion in stable and permanent aerodynamic suspension by means of water tubes 67, 68, 69, 70, 80, etc.
plunging into the fire, of section decreasing upwards and supported by a boiler 84, the whole being arranged in a cylindrical chamber 81.- As a result of the shape of the water tubes the free section increases towards the bottom top which allows to realize the principle of suspension of the pneumatic combustion process.- Each of these tubes is traversed by a small inner tube 82, 83 etc .. allowing the circulation of water.-
Figs. 6 and 7 show a very simple device where the vaporization tubes are horizontal or slightly inclined.
They are more spaced and fewer in number as one rises, which has the effect of increasing from bottom to top the free section offered to the ascending gas flow, which makes it possible to achieve the principle of suspension. stable aerodynamic repackage of particles, principle underlying the process filed under N 310.324.-
At 84 are the walls of the hearth of conical or even cylindrical shape and at 85, 86, 87, 88, etc. the
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