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Perfectionnements aux chaudières à vapeur.
La présente invention concerne la construction et le fonctionnement de chaudières à vapeur à tubes d'eau et parti- culièrement les chaudières du type qui est caractérisé par la disposition d'une surface de chauffage du fluide dans l'espace au-dessus d'un faisceau principal de tu bes de production de vapeur et entre les tubes de circulation qui assurant une cir- culation naturelle du fluide entre ce faisceau et un corps cy- lindrique supérieur à eau et à vapeur et qui aident à délimiter les parois antérieures et postérieures de la partie de la chau dière au-dessus du faisceau principal de tubes de production de vapeur.
L'invention est spécialement applicable à la cons- truction de chaudières à tubes d'eau dans laquelle le corps cylindrique à eau et à vapeur est situé à une distance notable au-dessus du point supérieur de production de vapeur dans le faisceau de tubes principal, ce qui assure une circulation ra- pide naturelle du fluide dans le faisceau de tube par suite de la charge hydraulique élevée à laquelle le fluide est soumis.
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Le but général de la présente invention est de fournir unè chaudière à tubes d'eau ayant les caractéristiques généra- les décrites, qui est en outre caractéri sée par son prix de construction relativement bas, l'économie d'entretim et de fonctionnement, la capacité de production de vapeur relativement élevée et le faible encombrement du pla n cher nécessaire.
Un autre but plus particulier est de fournir une chaudière à tubes d'eau et à corps cylindrique élevé comprenant une construction perfectionnée et une disposition améliorée de la surface de chauffe prévue supplémentairement ou subsidiairement au faisceau de production de vapeur àcirculation naturelle, de telle sorte que des degrés élevés de transmission de chaleur à la surface supplémentairesont maintenus, que le remplacement des tubes est facilité, qu'on peut employer des tubes d'étendue horizontale relativement courte et qu'on obtient une disposition efficace pour supporter les tubes.
Les différentes caractéristique de nouveauté delà pré- sente invention sont spécifiées particulièrement dans les re- vendications annexées faisant partie de la présente description.
En vue de la meilleure compréhension de l'invention, de ses a- vantages de fonctionnement et des buts particuliers obtenus par son emploi, on ss reportera aux dessins annexés et à la des- cription qui suit, où l'on a représenté et décrit des formes de réalisation préférée de l'invention. dans les dessins :
La fig. 1 est une coupe verticale plus ou moins schéma- tique d'une chaufdière à vapeur à tubes d'eau construite confor- mément à la présente invention, certaines pièces étant suppri- mées pour plus de clarté.
L fig. 2 est une vue de détail à plus grandeéchelle d'une partie de la chaudière représentée à la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe par la ligne 3-3 de la fig.2.
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La fige 4 est une vue à plus grande échelle d'un joint de tube représenté à la fig. 1.
La fige 5 est une vue analogue à la fige 1 montrant une variante.
La fig. 6 est une vue semblable à la fige 1 montrant une seconde variante.
Dans la chaudière à vapeur représentée aux fig, 1 à 4, des dessins, 10 désigne une chambre de combustion fondée par des parois 11 pourvues de tubes de refroidissement 12 couverts par des blocs et reliés à la circulation de la chaudière comme on l'a décrit ci-après. Du combustible pulvérisé est envoyé dans la chambre de combustion par des brûleurs à combustible 13 dans une des parois de la chambre, en même temps que l'air ré- chauffé pour la combustion. L'air est chauffé dans un réchauf- feur d'air 14 et est envoyé par un conduit 15 ayant des bran- chements 16 aboutissant à une chambre 17 entourant les brûleurs à combustible. Des registres 18 command ent l'arrivé'e d'air à la chambre 17.
Les gaz de chauffage à température élevée s'élèvent de la chambre de combustion 10 en contact avec la surface de chauf- fage du fluide disposée comme on l'a décrit ci-câpres. La plus grande partie des matières solides emportées par les gaz de chauffage sont séparées de ceux-ci par des rangées de tubes 20, collecteurs de poussières, espacés horizontalement, s'étendant en travers de l'extrémité supérieure de la chambre de combustion Les tubes 20 ont leurs extrémités reliées à des collecteurs extérieurs 21 et 22 et sont pourvus d'un revêtement réfractaire.
En fonctionnement, les tubes 20 sont habituellement recouverts d'un enduit de scorie fondus qui aide à recueillir les particu- les solides. Les collecteurs 21 et 22 sont reliés à la circula- tion de la chaudière par des tubes 23 et 24 respectivement.
En travers de l'extrémité supérieure de la chambre de combustion s'étend un faisceau de tubes 25 incliné- sur l' hori- zontaledont les rangées inférieures sont plus espacées verticale-
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ment et/ou horizontalement que les rangées supérieures pour former un écran à scorie. Les tubes 25 sont disposés en sec- tions côte à côte et leurs extrémités so nt reliées à des col- lecteurs correspondants de descente et de montée 26 et 27 respectivement.
Une circulation naturell e rapide du fluide chauffé est maintenue dans le faisceau de tubes 25 par la disposition d' un corps cylindrique 28 horizontal et transver- sal, pour l'eau et la vapeur, suspendu à une distance notable au-dessus du point le plus élevé de production de vapeur dans le faisceau de tubes 25 et par des tubes de circulation descen- dants et montants 29 et 30 reliant le corps cylindrique 28 respectivement aux collecteurs de descente et de montée* Les tubes de circulation 29 et 30 s'étendent verticalement à par- tir des collecteurs et conjointement avec la matière réfractaire 31, ils forment des parois refroidies par le fluide délimitant la paroi postérieure et antérieure respectivement de la portion de la chaudière au-dessus du faisceau de tubes 25.
Des parties horizontales 30a des tubes de circulation montants délimitent le plafond de la chaudière.Les tubes de circulation montants 30 sont supportés par le dessus par des t iges appropriées 30b soudées aux extrémités supérieures de leurs parties verticales tandis que les tubes de circulation de descente sont portés par le corp cylindrique 28.
Les tubes 12 de la paroi de la chambre de combustion sont reliés au corps cylindrique 28 par des tubes montants 32 disposés du côté extérieur des parties mentionnées de la paroi de la chaudière.
Avec la chaudiere construite comme on l'a décrit, un espace étanche aux gaz, de hauteur et de volume Importants, est disponible au-dessus du faisceau de tubes 25 et entre les tubes de circulation de montée et de descente et dans cet es- pace la plus grande partie si pas la totalité de la surface de chauffe supplémentaire et auxiliaire de la chaudière peut avantageusement être disposée.
Conformément à la présente in-
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vention, un écoulement en forte masse de gaz de chauffage le long de la surface de chauffe est obtenu sans diminution de la latitude permise dans l'espacement des tubes, et d'autres avan- tages indiués ci-après sont obtenus par la division de l'es- pace au-dessus du faisceau de tubes et entre les rangées de tubes de circulation en passages successifs de montée et de descente 10 et 41 reliés en vue d'un écoulement en série des gaz de chauffage. Comme le montrent les fige 1, 2 et 3, les passages de gaz sont formés par une cloison 33 s'étendant vers l'intérieur et vers le haut à part ir de la paroi posté- rieure de la chaudière et se terminant à un niveau situé en- dessous du fond du corps cylindrique 28.
La cloison est formée par des blocs réfractaires 33a supportés par des plaques 33b ayant leurs bords repliés reliés ensembl e. La cloison est re- froidie et supportée dans sa position désirée par une ou plusieurs rangées de tubes de production de vapeur 25a s'é- tendant à partir des rangées supérieures d'ouvertures de tubes dans les collecteurs de descente, vers le haut le long de la face interne de la cloison, et ayant leurs extrémités supérieu- res reliées à un collecteur intermédiaire 34 disposé horizon- talement dans la partie verticale de la cloison 33. Les tubes 25a sont avantageusement reliés à la circulation de la chau- dière par un nombre moindre de tubes 35 s'étendant entre le collecteur 34 et le corps cylindrique 28 et avec espacement le long de celui-ci.
La cloison est suspendue à la charpente extérieure par des tiges 36 soudées aux parties recourbées des tubes 35:
De cette manière, les gaz de chauffage venant de la chambre de combustion passent d'abord su r le faisceau de tu- bes 25 et s'élèvent ensuite dans le passage de gaz 40, passant par-dessus l'extrémité supérieure de la cloison 33 et trans- versalement aux tubes 35 et redescendent par le passage de gaz 41.
Comme le montrent les fig. 1 et 2, les tubes de circu- lation alternés de descente sont repliés latéralement pour
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augmenterla surface d'écoulement des gaz entre les tubes adja- cents, et la matière réfractaire 31 formant la paroi associée à la rangée Intérieure de tubes de cirçu lation de descente, se termine à un niveau correspondant à l'extrémité inférieure de la partie verticale de la cloison 33 pour former un orifice de sortie des gaz 42. L'orifice de sortie 42 est relié.aux passages d'écoulement de gaz du réchauffeur d'air 14 et les gaz ayant passé dans ceux-ci sont évacués dans un conduit de che- minée 44.
La surface supplémentaire auxiliaire de chauffage de fluide de la chaudière est divisée en une section de surchauffe de la vapeur et en une section de réchauffage de l'eau et les sections respectives sont disposées de façon à être soumises aux conditions les plus désirables de transmission de chaleur.
Comme le montre la fig. 1, la section de surchauffe de la vapeur est située dans le premier passage de montée des gaz et est divisée en des éléments supérieurs et inférieurs 45 et 46 respectivement, comprenant chacun un faisceau de tubes pla- cés en boucles verticalement côte à côte avec des branches ho- rizontales de longueur relativement courte disposées dans des plans verticaux parallèles, transversalement aux plans dans lesquels sont situés les tubes de circulation et les tubes de suppprt delà cloison. Les branches adjacentes de chaque faisceau sont de préférence reliées d'une manière appropriée quelconque pour former une construction d'ensemble qui est supportée par les tubes dé circulation de montée 30 et les tubes 35 de support de la cloison, au moyen de pattes 47 sur les parties en boucles des tubes de suechauffeur.
Les extrémités des tubes en boudes de la section supérieure du surchauffeur sont reliées respec- tivement à des collecteurs d'entrée et de sortie 49 et 50 tandis que les tubes de la section inférieure sont reliés à des collecteurs d'entrée et de sortie 5'1 et 52 resp ectivement.
Des tubes de fourniture de vapeur 53 relient le corps cylindri- que 28 au collecteur d'entrée 51 de la. s ection inférieure.
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Le collecteur de sortie 52 est relié au collecteur 49 de la section supérieure par des tubes non représentés. La vapeur au degré de surchauffe désiré passe du collecteur de sortie 50 vers un point d'utilisation. Les collecteurs 49,50,51 et 52 sont supportés indépendamment des consoles 47,48 par des sup- ports appropriés non représentés.
La surface de chauffe de l'eau est avantageusement située dans le passage de descente des gaz 41 et est de pré- férence divisée en des groupes supérieurs et inférieurs 60 et 61, chacun consistant également en un faisceau de tubes en boucles, verticalement places côte à côte, présentant des bran- ches horizontales de longueur relativement courte s'étendant en travers du passage des gaz, dans des plans verticaux trans- versalement aux plans dans lesquels sont situés les tubes de circulation de descente et les tubes de support de la cloison.
Chaque section d'économiser est formée en une construction d'ensemble et supportée par les tubes de circulation et les tubes de support de la cloison de la même manière que les tubes de surchauffeur. Par cette distribution de la charge de tubes, on évite des efforts excessifs sur des liaisons de descente vers le corps cylindrique 28. Les extrémités inférieures des tubes de la section inférieure d'économiser sont reliées en un collecteur d'alimentation 62 qui reçoit une provision d'eau d'alimentation à la pression désirée d'une pompe alimentaire appropriée (non représentée ). Les extrémités supérieures des tubes de la section supérieure dont directement reliées au corps cylindrique 28 à vapeur et à eau.
Un écoulement en série vers le haut du fluide chauffé est maintenu entre les deux sec- tions par le fait qu'on relie des tubes correspondants de la rangée inférieure de la section supérieure à des tubes corres- pondants de la rangée supérieure de la section inférieure. Ces liaisons de tubes sont avantageusement disposées dans l'espace entre les faisceaux de tubes et sont formées par le fait que les extrémités de chaque paire de tubes 60 et 61 sont filetées comme le montre la fig. 4 et sont reliées par un organe
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d'accouplement 63. Chaque organe d'accouplement est soudé de façon hermétique aux tubes correspondants comme on l'a indiqué en 64a. On évite ainsi l'emploi de coudes de retour coûteux, situés extérieurement.
La disposition décrite des tubes dans les sections de surchauffeur et d'économizer permet un remplacement rapide de n'importe lequel de ces tubes. Les tubes sont enlevés à travers les espaces entre des tubes de circulation adjacents de montée et de descente et ensuite par des ouvertures ménagées par des panneau x amovibles dans l'enveloppe extérieure 64 de la chaudière. Pour rendre plus rapide le remplacement des tubes d'économizer, des portes d'accès 65 sont prévues dans la partie des parois latérales situées en face de l'espace entre les faisceaux, ce qui procure l'accès aux organes d'accouple- ment 63, Ces ouvertures peuvent être employées également pour l'accès aux ouvertures de trous de mains dans les collecteurs 34 et pour l'introduction de lances à vapeur ou d'autres ap- pareils de nettoyage des tubes.
La partie inclinée de la cloison 33 est de préférence disposée sous un angle plus grand que l'angle de dépôt des résidus solides qui tendent à se poser sur celle-ci en venant des gaz de chauffage qui descendent. Cette matière tendrait à se rassembler dans l'espace entre les extrémités inférieures des tubes de circulation de descente et l'extrémité inférieure de la cloison 33 et à provoques une corrosion des collecteurs et des liaisons des tubes de circulation à ceux-ci. Pour évi- ter la formation d'une poche de poussières dans cette partie de la chaudière, la clàison 33 est pourvue d'un prolongement vers l'arrière 66 formé par des plaques espacées 67 entourant les parties inférieures des tubes de circulation de descente, l'espace entre les plaques étant rempli de matière isolante 68.
Avec cette disposition, la surface inclinée de la cloison estprolongée jusqu'en un point au-delà du tube de circulation de descente. Des plaques 69 s'étendent entre les extrémités
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supérieures des collecteurs 26 et les prolongements 66 :le la cloison, ce qui ferme ce côté de la poche.
Avec une chaudière construite de la manière décrite, le combustible peut être brûlé dans la chambre de combusti on 10 à des degrés relativement élevés de température et des gaz de chauffage à température élevée s'élèvent à travers les tubes 20 par lesquels une grande partie de la matière solide empor- tée par les gaz est enlevée. La combustion peut continuer dans l'espace entre les tubes 20 et le faisceau de tubes 25. Les gaz de chauffage passent de bas en haut sur toute la longueur des tubes 25.
L'écoulement en masse des gaz de chauffage est sensiblement augmenté dans la partie supérieure de la chau- dière tout en maintenant une latitude désirable dans l'espa- cement des tubes et avec un accroissement minimum de la perte de tirage, par la division de l'espace au-dessus du faisceau de tubes 25 et entre les tubes de circul ation en plusieurs passages de gaz. L'écoulement en masse augmente progressive- ment pendant le passage des gaz par la partie inférieure allant en se rétrécissant du premier passage montant. La dis- position de la surface de surchauffage d ans la partie la plus étroite du passage de gaz montant, avec un écoulement parallèle des gaz de chauffage et du fluide de chauffage, pro- cure un maximum d'effet de chauffage avec un maximum de sûreté au point de vue du surchauffage des tubes.
La vapeur produite dans les parois à eau du foyer et dans le faisceau de tubes 25, et la vapeur qui peut être produite dans la partie supé- rieure de la section d' conomizer 60 est envoyée au corps cy- lindriqu 28 d'où elle passe au collecteur d'entrée de sur- chauffeur 51. Des portes d'explosions 70, de n'importe quel type approprié, sont prévues dans le plafond de la chaudière pour laisser s'échapper tout excès de pression qui peut se développer dans le oyer et le passage 40 par suite d'une combustion explosive possible du combustible,
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La disposition d'écoulement à contre-courant de l'éco- nomizer dans le passage 41 de descente des gaz est particu- liérement avantageuse.
Avec cette disposition, les gaz de chauffage diminuent progressivement de température pendant l'écoulement vers le bas tandis que la température de l'eau j d'alimentation augmente progressivement pendant son passage de bas en haut dans les tubes. La surface d'économizer a une capacité d'absorption de chaleur relativement élevée en com- paraison de la surface de surchauffage et la diminution im- portante de la température des gaz de chauffage dans le passage
41 produit une action de siphon sur la circulation des gaz de chauffage dans la partie supérieure de la chaudière. La direc- tion de l'écoulement des gaz dans le passage 41 tire avantage de la tendance naturelle des gaz à s'écouler vers le bas en se refroidissant.
La disposition des tubes d'économiser contenant le fluide à la température la plus élevée au niveau le plus élevé évite l'opposition à l'écoulement du fluide lorsque de la vapeur est produite dans la section supérieure. L'égalisatim des conditions d'écoulement dans les différents tubes d'écono- mizer est fortement améliorée par leurs connexions séparées au corps cylindrique 28. Les gaz de chauffage quittent le passage de descente par l'orifice 42 en passant à travers les parties Inférieures des tubes de circulation de descente pour gagner le réchauffeur d'air 11 dans lequel l'ai r pour la combustion est réchauffé par les gaz se rendant à la cheminée 44.
Dans la variante représentée à la fig. 5, le passage montant des gaz 40 contint un simple faisceau de tubes de 'surchauffeur 80, le reste du passage étant occupé par la pre- mière section ou section d'entrée 81 de l'économizer. La seconde section ou section de sortie 82 del'économizer est située dans le passage descendant, avec son extrémi té inférieure reliée à la première section d'économizer par des tubes 83.
L'eau d'a- limentation fournie au collecteur supérieur 84 de la première section de l'économizer s'écoule vers le bas à travers les tubes
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dans le passage de gaz montant et de là vers les tubes in- férieurs du passage de gaz descendant. Les extrémités supé- rieures des tubes dans la section 82 sont directement reliées au corps cylindrique à vapeur et à eau 28. La construction et le mode de fonctionnement sont à part cela semblables à ceux décrits précédemment.
Dans la variante représentée à la fig. 6, l'espace situé au-dessus du faisceau tubulaire 25 est divisé en trois passages et l'orifice de sortie 90 des gaz de chauffage est situé au sommet de la chaudière. Les passages des gaz de chauffage sont formés par des cloisons 91 et 92 à refroidis- sement par le fluide, la cloison 91 s'étendant vers l'inté- rieur et vers le haut à partir de la paroi postérieure de la chaudière et étant refroidie et supportée par des rangées de tubes 93 et 94. Les tubes 93 ont leurs extrémités inférieures reliées à la partie supérieure des collecteurs de descente et leurs extrémités supérieures reliées à un collecteur trans- versal 95.
Les tubes 94 s'étendent du co llecteur 95 vers un conducteur 96 placé au sommet de la chau dière et qui est à son tour relié au corps cylindrique 28 à eau et à vapeur par par des tubes horizontaux 97. La cloison 92 est portée/les parties supérieures de tubes 98 s'étendant verticalement à partir du collecteur 95 et ayant leurs extrémités supérieures reliées au corps cylindrique 28. Grâce à cette disposition des cloisons, l'espace situé entre les tubes de circulation de montre et de descente et au-dessus d es faisceaux de tubes est divisé en deux passages de montée de gaz 100 et 101 et en un passage intermédiaire de descente des gaz 102, tous ces passages étant disposés en série.
Le premier passage de montée des gaz est occupé par un surchauffeur de vapeur du type dé- crit précédemment, re cevant son alimentation en vapeur du corps cylindrique 28 par des tubes 103. Les passages restants pour les gaz sont occupés par des sections d'économizer 104 et
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105 dont les tubes s'étendent en travers de la largeur de la chaudière. Les sections d'économizer sont disposées en vue d'un écoulement en série au moyen de tubes 106. L'économizer est du type à écoulement à contre-courant, l'eau d'alimen- tation étant fournie au collecteur supérieur de la section
105 par un tuyau 107 et les tubes supérieurs de la section
104 étant reliés directement au corps cylindrique 28.
La construction et le mode de fonctionnement de la chaudière sont à part cela semblables à ceux représentés à la fig, 1.
Il est à remarquer que dans chacune des constauc- tions de chaudières décrites, la surface de chauffage par con- veQtion est divisée en sections séparées contenant des fluides à capacités différentes d'absorption de chaleur différentes et situées dans différentes zones d'écoulement du gaz, l'ab- sorption de chaleur dans chaque section étant sensiblement achevée avant que les gaz de chauffage v iennent en contact avec la section suivante.
La surface rencontrée la première par les gaz contient un fluide à température sensiblement cons- tante tandis que la surface restante rencontrée contient un fluideaugmentant progressivement de température et comme tel placé avantageusement dans les zones de plus grand écoulement en masse, la surface contenant le fluide à chauffer le plus fort étant placée dans le premier passage. Par cette absirp- tion en série de la chaleur par des surfaces contenant dif- férents fluides, il est possible de disposer le plus économi- quement la surface de chauffe, c'est-à-dire d'employer un développement minimum de surface de chauffe pour un effet de chauffage requis, tout en obtenant une sécurité maxima au point de vue du surchauffage des tubes.
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Improvements to steam boilers.
The present invention relates to the construction and operation of water-tube steam boilers and particularly to boilers of the type which is characterized by providing a heating surface for the fluid in the space above a. main bundle of steam production tubes and between the circulation tubes which ensure a natural circulation of the fluid between this bundle and an upper cylindrical body with water and steam and which help to delimit the anterior and posterior walls of the the part of the boiler above the main bundle of steam production tubes.
The invention is especially applicable to the construction of water tube boilers in which the cylindrical water and steam body is located a substantial distance above the upper point of steam generation in the main tube bundle. , which assures a natural rapid circulation of the fluid in the tube bundle due to the high hydraulic load to which the fluid is subjected.
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The general object of the present invention is to provide a water tube boiler having the general characteristics described, which is further characterized by its relatively low cost of construction, economy of maintenance and operation, relatively high steam production capacity and the small footprint of the space required.
Another more particular object is to provide a water tube boiler with a high cylindrical body comprising an improved construction and an improved arrangement of the heating surface provided in addition or alternatively to the naturally circulating steam production bundle, so that high degrees of additional heat transfer to the surface are maintained, tube replacement is facilitated, tubes of relatively short horizontal span can be employed, and an efficient arrangement is obtained to support the tubes.
The various novel features of the present invention are particularly specified in the appended claims forming part of the present description.
For the better understanding of the invention, of its operating advantages and of the particular aims obtained by its use, reference is made to the accompanying drawings and to the description which follows, in which has been shown and described. preferred embodiments of the invention. in the drawings:
Fig. 1 is a more or less schematic vertical section of a water-tube steam boiler constructed in accordance with the present invention, some parts being deleted for clarity.
L fig. 2 is a detail view on a larger scale of part of the boiler shown in FIG. 1.
Fig. 3 is a section through line 3-3 of fig.2.
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Fig 4 is a view on a larger scale of a tube joint shown in FIG. 1.
Fig 5 is a view similar to Fig 1 showing a variant.
Fig. 6 is a view similar to figure 1 showing a second variant.
In the steam boiler shown in Figs, 1 to 4 of the drawings, 10 denotes a combustion chamber founded by walls 11 provided with cooling tubes 12 covered by blocks and connected to the circulation of the boiler as we have seen. described below. Pulverized fuel is sent to the combustion chamber through fuel burners 13 in one of the walls of the chamber, together with the air heated for combustion. The air is heated in an air heater 14 and is supplied through a duct 15 having branches 16 terminating in a chamber 17 surrounding the fuel burners. Registers 18 control the arrival of air to chamber 17.
High temperature heating gases rise from combustion chamber 10 in contact with the fluid heating surface disposed as described above. Most of the solids carried by the heating gases are separated from them by rows of horizontally spaced dust collecting tubes 20 extending across the upper end of the combustion chamber. 20 have their ends connected to external collectors 21 and 22 and are provided with a refractory lining.
In operation, the tubes 20 are usually covered with a coating of molten slag which helps collect solid particles. The collectors 21 and 22 are connected to the circulation of the boiler by tubes 23 and 24 respectively.
Across the upper end of the combustion chamber extends a bundle of tubes 25 inclined horizontally, the lower rows of which are more vertically spaced apart.
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ment and / or horizontally as the upper rows to form a slag screen. The tubes 25 are arranged in side-by-side sections and their ends are connected to corresponding drop and rise manifolds 26 and 27 respectively.
A rapid natural circulation of the heated fluid is maintained in the tube bundle 25 by the provision of a horizontal and transverse cylindrical body 28, for water and steam, suspended at a substantial distance above the highest point. higher steam production in the tube bundle 25 and by descending and upright circulation tubes 29 and 30 connecting the cylindrical body 28 respectively to the descent and ascent manifolds * The circulation tubes 29 and 30 extend vertically from the collectors and together with the refractory 31, they form fluid-cooled walls delimiting the posterior and anterior wall respectively of the portion of the boiler above the tube bundle 25.
Horizontal portions 30a of the upright circulation tubes delimit the ceiling of the boiler. The upright circulation tubes 30 are supported from above by suitable rods 30b welded to the upper ends of their vertical portions while the downcomer circulation tubes are carried by the cylindrical body 28.
The tubes 12 of the wall of the combustion chamber are connected to the cylindrical body 28 by upright tubes 32 arranged on the outer side of the mentioned parts of the wall of the boiler.
With the boiler constructed as described, a gas-tight space, of significant height and volume, is available above the tube bundle 25 and between the up and down circulation tubes and in this area. space most if not all of the additional and auxiliary heating surface of the boiler can advantageously be arranged.
In accordance with this in-
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In particular, a high mass flow of heating gas along the heating surface is obtained without decreasing the latitude allowed in the spacing of the tubes, and other advantages indicated hereinafter are obtained by the division of the space above the tube bundle and between the rows of flow tubes in successive up and down passages 10 and 41 connected for serial flow of the heating gases. As shown in Figs 1, 2 and 3, the gas passages are formed by a partition 33 extending inward and upward from the rear wall of the boiler and terminating at a level. located below the bottom of the cylindrical body 28.
The partition is formed by refractory blocks 33a supported by plates 33b having their folded edges connected together. The bulkhead is cooled and supported in its desired position by one or more rows of steam generating tubes 25a extending from the upper rows of tube openings in the downspouts upwardly along. of the internal face of the partition, and having their upper ends connected to an intermediate manifold 34 disposed horizontally in the vertical part of the partition 33. The tubes 25a are advantageously connected to the circulation of the boiler by a lesser number of tubes 35 extending between manifold 34 and cylindrical body 28 and with spacing therewith.
The partition is suspended from the outer frame by rods 36 welded to the curved parts of the tubes 35:
In this way, the heating gases from the combustion chamber first pass over the bundle of tubes 25 and then rise into the gas passage 40, passing over the upper end of the bulkhead. 33 and transversely to the tubes 35 and down through the gas passage 41.
As shown in Figs. 1 and 2, the alternate downspout circulation tubes are folded sideways to
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increase the gas flow surface between the adjacent tubes, and the refractory 31 forming the wall associated with the inner row of descent circulation tubes, ends at a level corresponding to the lower end of the vertical part of the partition 33 to form a gas outlet 42. The outlet 42 is connected to the gas flow passages of the air heater 14 and the gases having passed therein are discharged in a duct of chimney 44.
The additional auxiliary fluid heating surface of the boiler is divided into a steam superheat section and a water reheat section and the respective sections are arranged to be subjected to the most desirable conditions of transmission of heat. heat.
As shown in fig. 1, the steam superheat section is located in the first gas rise passage and is divided into upper and lower members 45 and 46 respectively, each comprising a bundle of tubes placed in loops vertically side by side with Horizontal branches of relatively short length arranged in parallel vertical planes, transverse to the planes in which the circulation tubes and the bulkhead support tubes are located. The adjacent branches of each bundle are preferably connected in some suitable manner to form an overall construction which is supported by the riser circulation tubes 30 and the bulkhead support tubes 35, by means of tabs 47 on the wall. the looped parts of the heater tubes.
The ends of the curved tubes of the upper section of the superheater are respectively connected to inlet and outlet manifolds 49 and 50 while the tubes of the lower section are connected to inlet and outlet manifolds 5 '. 1 and 52 respectively.
Steam supply tubes 53 connect the cylindrical body 28 to the inlet manifold 51 of the. lower section.
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The outlet manifold 52 is connected to the manifold 49 of the upper section by tubes not shown. Steam at the desired degree of superheat passes from the outlet manifold 50 to a point of use. The collectors 49, 50, 51 and 52 are supported independently of the consoles 47, 48 by suitable supports, not shown.
The water heating surface is advantageously located in the gas descent passage 41 and is preferably divided into upper and lower groups 60 and 61, each also consisting of a bundle of tubes in loops, placed vertically side by side. side by side, having horizontal branches of relatively short length extending across the gas passage, in vertical planes transversely to the planes in which the downcomer flow tubes and bulkhead support tubes are located .
Each save section is formed into an overall construction and supported by the circulation tubes and the bulkhead support tubes in the same manner as the superheater tubes. By this distribution of the tube load, excessive stresses are avoided on down-links to the cylindrical body 28. The lower ends of the tubes of the lower section of economizer are connected at a feed manifold 62 which receives a supply. feed water at the desired pressure from an appropriate feed pump (not shown). The upper ends of the tubes of the upper section are directly connected to the cylindrical body 28 for steam and water.
An upward series flow of the heated fluid is maintained between the two sections by connecting corresponding tubes from the lower row of the upper section to corresponding tubes from the upper row of the lower section. . These tube connections are advantageously arranged in the space between the tube bundles and are formed by the fact that the ends of each pair of tubes 60 and 61 are threaded as shown in FIG. 4 and are connected by an organ
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coupling 63. Each coupling member is hermetically welded to the corresponding tubes as indicated at 64a. This avoids the use of costly return elbows, located externally.
The described arrangement of tubes in the superheater and economizer sections allows for quick replacement of any of these tubes. The tubes are removed through the spaces between adjacent up and down circulation pipes and then through openings provided by removable panels in the outer shell 64 of the boiler. To speed up the replacement of the economizer tubes, access doors 65 are provided in the part of the side walls facing the space between the bundles, which provides access to the coupling members. 63. These openings can also be employed for access to the handhole openings in the manifolds 34 and for the introduction of steam wanders or other tube cleaning apparatus.
The inclined part of the partition 33 is preferably disposed at an angle greater than the angle of deposition of the solid residues which tend to land on it from the heating gases which descend. This material would tend to collect in the space between the lower ends of the downspout tubes and the lower end of the bulkhead 33 and cause corrosion of the manifolds and the flow tube connections thereto. To prevent the formation of a pocket of dust in this part of the boiler, the partition 33 is provided with a rearward extension 66 formed by spaced plates 67 surrounding the lower parts of the downcomer tubes, the space between the plates being filled with insulating material 68.
With this arrangement, the inclined surface of the bulkhead is extended to a point beyond the downcomer flow tube. Plates 69 extend between the ends
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upper collectors 26 and extensions 66: the partition, which closes this side of the pocket.
With a boiler constructed in the manner described, the fuel can be burned in the combustion chamber 10 at relatively high degrees of temperature and high temperature heating gases rise through the tubes 20 through which much of the heat. the solid matter carried by the gases is removed. Combustion can continue in the space between tubes 20 and tube bundle 25. The heating gases pass from bottom to top along the entire length of tubes 25.
The mass flow of the heating gases is substantially increased in the upper part of the boiler while maintaining a desirable latitude in tube spacing and with minimum increase in draft loss, by dividing the draft. the space above the tube bundle 25 and between the circulation tubes in several gas passages. The mass flow gradually increases during the passage of the gases through the lower portion narrowing from the first up passage. The arrangement of the superheating surface in the narrowest part of the rising gas passage, with parallel flow of the heating gases and the heating medium, provides the maximum heating effect with a maximum of safety from the point of view of overheating of the tubes.
The steam produced in the water walls of the fireplace and in the tube bundle 25, and the steam which can be produced in the upper part of the economizer section 60 is sent to the cylinder body 28 from where it is produced. passes to the superheater inlet manifold 51. Explosion doors 70, of any suitable type, are provided in the ceiling of the boiler to release any excess pressure which may develop in the boiler. oyer and passage 40 due to possible explosive combustion of the fuel,
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Particularly advantageous is the countercurrent flow arrangement of the economizer in the gas descent passage 41.
With this arrangement, the heating gases gradually decrease in temperature during the downward flow while the temperature of the feed water gradually increases as it passes upwardly through the tubes. The economizer surface has a relatively high heat absorption capacity in comparison with the superheating surface and the large decrease in the temperature of the heating gases in the passage.
41 produces a siphon action on the circulation of heating gases in the upper part of the boiler. The direction of gas flow in passage 41 takes advantage of the natural tendency of gases to flow downward as they cool.
The arrangement of the economizer tubes containing the fluid at the highest temperature at the highest level avoids opposition to the flow of the fluid when steam is produced in the upper section. The equalization of the flow conditions in the different economizer tubes is greatly improved by their separate connections to the cylindrical body 28. The heating gases leave the descent passage through the orifice 42 passing through the lower parts. down circulation tubes to gain the air heater 11 in which the combustion air is heated by the gases going to the chimney 44.
In the variant shown in FIG. 5, the rising gas passage 40 contained a single bundle of superheater tubes 80, the remainder of the passage being occupied by the first or inlet section 81 of the economizer. The second economizer section or outlet section 82 is located in the descending passage, with its lower end connected to the first economizer section by tubes 83.
The feed water supplied to the upper manifold 84 of the first economizer section flows downward through the tubes.
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into the ascending gas passage and thence to the lower tubes of the descending gas passage. The upper ends of the tubes in section 82 are directly connected to the cylindrical steam and water body 28. The construction and mode of operation are otherwise similar to those previously described.
In the variant shown in FIG. 6, the space located above the tube bundle 25 is divided into three passages and the outlet 90 for the heating gases is located at the top of the boiler. The heating gas passages are formed by fluid-cooled partitions 91 and 92, the partition 91 extending inward and upward from the rear wall of the boiler and being cooled. and supported by rows of tubes 93 and 94. The tubes 93 have their lower ends connected to the upper part of the downcomers and their upper ends connected to a cross manifold 95.
The tubes 94 extend from the collector 95 to a conductor 96 placed at the top of the boiler and which is in turn connected to the cylindrical water and steam body 28 by horizontal tubes 97. The partition 92 is carried. the upper parts of tubes 98 extending vertically from the manifold 95 and having their upper ends connected to the cylindrical body 28. By virtue of this arrangement of the partitions, the space between the watch circulation and descent tubes and at- above the bundles of tubes is divided into two gas rising passages 100 and 101 and an intermediate gas lowering passage 102, all of these passages being arranged in series.
The first gas rise passage is occupied by a steam superheater of the type described above, receiving its supply of steam from the cylindrical body 28 by tubes 103. The remaining gas passages are occupied by economizer sections. 104 and
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105, the tubes of which extend across the width of the boiler. The economizer sections are arranged for flow in series by means of tubes 106. The economizer is of the counter-flow type, the feed water being supplied to the upper manifold of the section.
105 by a pipe 107 and the upper tubes of the section
104 being connected directly to the cylindrical body 28.
The construction and mode of operation of the boiler are otherwise similar to those shown in fig, 1.
It should be noted that in each of the boiler constructions described, the convection heating surface is divided into separate sections containing fluids with different heat absorption capacities and located in different gas flow zones. the absorption of heat in each section being substantially completed before the heating gases come into contact with the next section.
The surface encountered first by the gases contains a fluid at a substantially constant temperature while the remaining surface encountered contains a fluid gradually increasing in temperature and as such placed advantageously in the areas of greatest mass flow, the surface containing the fluid at heat the strongest being placed in the first pass. By this series absorption of heat by surfaces containing different fluids, it is possible to arrange the heating surface as economically as possible, that is to say to employ a minimum surface development of heating for a required heating effect, while obtaining maximum safety from the point of view of overheating of the tubes.