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Brevet d'invention. Perfectionnements à l'alimentation des foyers à grille.
Il existe un certain nombre de types de chargeurs de foyers, dits "à projection", dans lesquels le charbon est projeté sur le plan de grille sous forme d'une pluie de morceaux et petits grains venant retomber sur le lit de combustible déjà en ignition.
Cette alimentation permet de réaliser par unité de surface de grille des taux de combustion très élevés, sans créer de difficultés de décrassage et tout en maintenant la combustion dans d'excellentes conditions, avec teneur en CO2 élevée,
C'est ainsi que sur les locomotives munies de foyers à projection, des taux de combustion de 1000 kgs, et plus par mètre carré, ont pû être maintenus pendant plusieurs heures. Ce taux est presque uniquement fonction du tirage ou de la pression dont on dispose au cendrier pour forcer l'air au travers du plan de grille, Au contraire des foyers à alimentation par en dessous, avec
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combustion en couche épaisse, les foyers à projection permettent un chauffage en couche mince, évitantla formation de mâchefers volumineux et rendant le décrassage très facile.
Ces foyers utilisent comme moyen de projection du charbon sur le,grille, soit un fluide sous pression, air comprimé ou vapeur, soit des dispositifs mécaniques, tels qu'un tambour rotatif, dans l'un et l'a.utre cas, des moyens auxiliaires assurent une répa,rtition uniforme du combustible sur toute la surface de la grille.
On conçoit aisément que, si théoriquement des moyens de projection suffisamment puissants permettraient d'alimenter une grille de dimensions quelconques, en fait les nécessités d'une répartition très uniforme d'une couche de charbon de quelques centimètres seulement et dans laquelle doit être évitée la formation de "trous" limitent à quelques mètres carrés la surface de grille pouvant être utilement desservie par de tels appareils de chargement. Il en résulte que l'emploi de ces chargeurs, malgré les taux élevés de combustion qu'ils permettent, se trouve limité aux foyers de petite ou moyenne importance.
Pour étendre le Champ de leur utilisation, on a proposé de munir un même foyer de plusieurs chargeurs à projection disposés sur une même façade du foyer, et desservant chacun la zone rectangulaire de grille lui faisant face. Dans cette disposition, outre que la, profondeur du foyer est limitée par la portée maximum du chargeur compatible avec une distribution égale du charbon, la multiplication du nombre de chargeurs le long de la façade conduit à un développement en largeur de celle-ci incompatible, no- tamment dans le cas des chaudières, avec une construction économique de ces chaudières.
Une autre considération agit dans le même sens pour limiter à quelques mètres carrés la surface de grille, qui peut être con-
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venablement alimentée par ces chargeurs. Le combustible qu'ils projettent sur la grille est le plus souvent constitué par un mélange de grains et de particules de toutes grosseurs allant jusqu'au poussier fin. Ce mélange est soumis tout le long de sa trajectoire à un dépoussiérage par le courant ascendant de gaz chauds et tandis que les particules ayant une masse suffisante tombent sur le plan de grille, celles plus légères sont entraînées par les gaz.
Dans le cas le plus fréquent où ces gaz entrent dans un échangeur de chaleur, chaudière par exemple, et sont soumis à un refroidissement brusque, ces poussières combustibles ne trouvent plus les conditions de température propres à permettre leur combustion et gagnent la cheminée à l'état de carbone imbrûlé ou imparfaitement brûlé.
Comme il a déjà été dit, les taux de combustion par mètre carré de grille avec ce type de chargeur peuvent être très élevés d'où il résulte aussi dans ces foyers de grandes vitesses ascensionnelles de gaz chauds. Par suite, aura lieu un dépoussiérage très énergique du charbon pendant son trajet du chargeur à la grille et l'entraînement par les gaz de particules d'une masse déjà Importante que l'on retrouvera sous forme d'imbrûlés.
Il est bien évident que la proportion de poussières enlevées par les gaz, et par suite la perte thermique, sera d'autant plus importante que la trajectoire du combustible au-dessus de la grille sera plus longue et c'est pour ramener cette perte à un chiffre raisonnable que l'on se trouve dans l'obligation de réduire à quelques mètres seulement la profondeur de foyer pouvant être desservie par un seul chargeur à projection.
'invention a principalement pour but de limiter la perte en imbrûlés tout en maintenant un taux de combustion très élevé dans des chaudières dont les dimensions correspondent a une construction économique.
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Pour l'obtention de ce résultat, l'invention, est caractérisée essentiellement par un mode de combustion mixte du charbon dans un foyer à grille, selon lequel une certaine partie du charbon, composée de grains ou morceaux, brûle sur la grille, tandis qu'une autre partie, composée de fin ou charbon pulvérisé, réinjectée ou préparée spécialement, brûle au-dessus de la grille dans une chambre suffisamment haute pour que cette combustion très rapide et à courte flamme du charbon pulvérisé puisse 's'ef- fectuer dans de bonnes conditions.
Cette combustion mixte qui constitue la caractéristique essentielle de l'invention peut présenter en outre les caractéristiques secondaires ci-après :
1 ) - des chargeurs à projection mécanique, à air comprimé ou à vapeur qui, comme on l'a. expliqué ci-dessus, projettent le charbon dans une zone limitée, sont disposés non plus sur une seule face du foyer, mais sur plusieurs ou sur toutes les faces de ce foyer selon sa, forme ou ses dimensions, la zone alimentée pa,r chaque chargeur pouvant être moins profonde que la largeur ou la longueur totale du foyer;
2 ) - le foyer comporte in dispositif de reprise des cokes volants entraînés dans les gaz et qui se décantent à l'arrière de la chaudière ou aux endroits prévus pour cela;
ces résidus contenant une forte proportion de carbone sont aspirés par exemple par trompe à vapeur ou par ventilateur pour être réinjectés avec une faible quantité d'air dans la chambre de combustion; pour qu'ils y brûlent complètement, ils sont dirigés de préférence sur Ici couche enflammée de haut en bas et l'air nécessaire à leur combustion provient d'un excès d'air qui a, traversé la grille et qui est à très haute température;
3 ) - pour augmenter le taux de combustion grâce à la combustion mixte qui constitue la caractéristique essentielle de l'in-
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vention, on peut non seulement réinjecter les imbrûlés fins récupérés, mais encore procéder à une injection complémentaire de charbon pulvérisé provenant d'une installation quelconque.
D'ailleurs la réinjection des particules fines imbrûlées ou du charbon spécialement pulvérisé serait faite à une vitesse suffisante pour que ces poussières soient projetées dans la zone à haute température située immédiatement au-dessus du plan de grille,
La réinjection des imbrûlés ainsi d'ailleurs que l'injection complémentaire de charbon pulvérisé permettent soit de limiter la hauteur du foyer, soit d'augmenter les taux de combustion par mètre carré de grille tout en réalisant une combustion complète.
On a représenté, à titre d'exemples, au dessin annexé, quelques formes de réalisation de l'invention.
Fig, 1 est une coupe verticale d'un foyer conforme à l'invention et
Fig. 2 est une coupe horizontale correspondante.
Fig. 3 montre en coupe horizontale des variantes pour'la disposition des chargeurs.
Le foyer représenté aux Zigs. 1 et 2 a une largeur 1 telle qu'un chargeur projection mécanique, à air comprimé ou à vapeur, placé sur la fagade, ne pourrait assurer l'alimentation jusque la paroi opposée en répartissant régulièrement le combustible sur chaque unité de surface de la grille et sans provoquer une perte thermique considérable en raison de l'entraînement d'imbrûlés solides par les gaz. Par contre, la largeur 1 est inférieure. ou au plus éga,le à celle qui peut être uniformément alimentée par deux chargeurs placés l'un en 1 sur la fagade 11 et l'autre en 2 sur la paroi opposée 12. Outre la bonne répartition ainsi assurée, le dépoussiérage par les ga,z sera réduit et le rendement thermique amélioré.
Le nombre des chargeurs sur chacune des parois opposées 11-12
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dépend naturellement du développement de la façade, de la largeur des éléments de grille pouvant être chargés d'une manière uniforme et du poids du combustible à charger, à titre d'exemple on a représenté à la Fig. 2 quatre chargeurs de chaque côté : les chargeurs situés du côté de la façde il sont indiqués en 1-3-5 et 7 et les chargeurs situés du côté opposé 12 sont indiqués en 2-4-6 et 8.
On obtient ainsi une répartition régulière de combustible sur la grille 9 malgré la largeur du foyer.
A la Fige 1, on a supposé que le foyer était appliqué à une chaudière et on a indiqué schématiquement en 10 le faisceau tubulaire de cette chaudière en réservant à la chambre de combustion 13 une hauteur suffisante pour que la combustion des particules fines puisse être complète.
Pour faciliter cette combustion des particules fines ou pour diminuer la hauteur de la chambre de combustion 13, on peut prévoir, conformément à l'invention, l'adjonction au foyer d'un dispositif de reprise des particules entraînées dans les gaz ; dans l'exemple représenté aux Figs. 1 et 2 on a supposé que ces particules sont aspirées de la boite à suie en 14 et sont réinjectées à nouveau en 15 grâce à de la vapeur prélevée sur un collecteur de la, chaudière; l'injection 15 se fait de haut en bas vers la surface en ignition, de telle sorte que la combustion de ces particules fines peut se faire très rapidement.
D'autre part, on peut adjoindre encore au foyer un dispositif d'injection complémentaire de charbon pulvérisé, indiqué à la Fig. 1 en 16, cette injection étant également faite de haut en bas vers la. surface en ignition portée par la grille. Cette injection complémentaire permet d'augmenter encore le taux de combustion par mètre carré de grille et de réunir simultanément les avantages d'un foyer à charbon pulvérisé et d'un foyer à grille.
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Les dispositifs décrits ci-dessus peuvent présenter de nombreuses variantes. En particulier, la disposition des chargeurs peut varier suivant la forme et la grandeur du foyer alimenté et au lieu d'être disposés sur deux faces opposées du foyer, ces chargeurs peuvent être même disposés sur trois ou quatre faces.
A titre d'exemple on a représenté à la Fig. 3, en trait continu, le chauffage d'un foyer par des chargeurs 17-18-19-20-21-22 répartis sur trois côtés du foyer qui ne présente qu'un faible développement en fagade et par contre une très grande prof ondeur.
La même disposition peut être répétée symétriquement, comme on l'a représenté en trait interrompu, ce qui réalise l'alimentation d'un foyer par des chargeurs répartis sur les quatre faces et in- diqués de 17 à 28.
Les parois de la chambre de combustion ainsi formée peuvent être constituées et refroidies par tous moyens connus, notamment par des tubes à circulation d'eau et, comme on l'a déjà indiqué, les particules imbrûlées entraînées à l'arrière du foyer par suite du taux de combustion très élevé peuvent être reprises par un aspirateur à air ou à vapeur et réinjectées de haut en bas vers la grille pour être brûlées.
Résumé.
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Patent. Improvements to the supply of grate stoves.
There are a certain number of types of hearth chargers, known as "projection", in which the coal is projected onto the grid plane in the form of a shower of pieces and small grains falling on the bed of fuel already on fire. .
This feed makes it possible to achieve very high combustion rates per unit of grate area, without creating scrubbing difficulties and while maintaining combustion in excellent conditions, with a high CO2 content,
Thus on the locomotives equipped with projection fireplaces, combustion rates of 1000 kgs, and more per square meter, could be maintained for several hours. This rate is almost entirely a function of the draft or the pressure available in the ashtray to force the air through the grid plane, Unlike fireplaces supplied from below, with
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combustion in a thick layer, the projection fireplaces allow heating in a thin layer, avoiding the formation of bulky bottom ash and making cleaning very easy.
These hearths use as a means of projection of the coal on the grid, either a pressurized fluid, compressed air or steam, or mechanical devices, such as a rotating drum, in either case, of auxiliary means ensure a uniform distribution of the fuel over the entire surface of the grate.
It is easy to see that, if theoretically sufficiently powerful projection means would make it possible to supply a grid of any dimensions, in fact the necessities of a very uniform distribution of a layer of carbon of only a few centimeters and in which the formation of "holes" limit to a few square meters the grid area that can be usefully served by such loading devices. As a result, the use of these chargers, despite the high rates of combustion they allow, is limited to small or medium size fireplaces.
To extend the field of their use, it has been proposed to provide the same focus with several projection chargers arranged on the same facade of the home, and each serving the rectangular grid area facing it. In this arrangement, apart from the fact that the depth of the hearth is limited by the maximum range of the loader compatible with an equal distribution of the coal, the multiplication of the number of loaders along the facade leads to an incompatible development in width thereof, in particular in the case of boilers, with an economical construction of these boilers.
Another consideration works in the same direction to limit the grid area to a few square meters, which can be con-
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venably powered by these chargers. The fuel they project onto the grate is most often made up of a mixture of grains and particles of all sizes, including fine dust. This mixture is subjected all along its path to dust removal by the ascending current of hot gases and while the particles having sufficient mass fall on the grid plane, the lighter ones are entrained by the gases.
In the most frequent case where these gases enter a heat exchanger, boiler for example, and are subjected to sudden cooling, this combustible dust no longer finds the temperature conditions suitable for allowing its combustion and reaches the chimney. unburned or imperfectly burnt carbon state.
As has already been said, the combustion rates per square meter of grate with this type of charger can be very high, which also results in these fireplaces in high speeds of hot gas rise. As a result, a very energetic dusting of the coal will take place during its journey from the loader to the grid and the entrainment by the gases of particles of an already important mass which will be found in the form of unburnt material.
It is quite obvious that the proportion of dust removed by the gases, and consequently the thermal loss, will be all the greater as the trajectory of the fuel above the grate will be longer and this is to reduce this loss to a reasonable figure that we are obliged to reduce to just a few meters the depth of focus that can be served by a single projection charger.
The main object of the invention is to limit the loss of unburnt materials while maintaining a very high combustion rate in boilers whose dimensions correspond to an economical construction.
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To obtain this result, the invention is characterized essentially by a method of mixed combustion of the coal in a grate hearth, according to which a certain part of the charcoal, composed of grains or pieces, burns on the grate, while 'another part, composed of fine or pulverized coal, reinjected or specially prepared, burns above the grate in a chamber high enough for this very rapid and short-flame combustion of the pulverized coal to take place in good conditions.
This mixed combustion which constitutes the essential characteristic of the invention can also have the following secondary characteristics:
1) - loaders with mechanical projection, compressed air or steam which, as we have. explained above, project the coal into a limited area, are no longer arranged on a single face of the fireplace, but on several or on all the faces of this fireplace according to its, shape or dimensions, the zone supplied by each charger may be shallower than the width or total length of the fireplace;
2) - the fireplace has a device for taking up the flying cokes entrained in the gases and which settle at the rear of the boiler or at the places provided for this;
these residues containing a high proportion of carbon are sucked for example by a steam pump or by a fan in order to be reinjected with a small quantity of air into the combustion chamber; so that they burn completely there, they are directed preferably on Here a layer ignited from top to bottom and the air necessary for their combustion comes from an excess of air which has passed through the grate and which is at very high temperature ;
3) - to increase the combustion rate thanks to the mixed combustion which constitutes the essential characteristic of the
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vention, it is not only possible to reinject the recovered fine unburnt material, but also to carry out an additional injection of pulverized carbon originating from any installation.
Moreover, the reinjection of unburnt fine particles or specially pulverized carbon would be done at a speed sufficient for this dust to be projected into the high temperature zone located immediately above the grid plane,
The reinjection of unburnt material as well as the additional injection of pulverized coal make it possible either to limit the height of the hearth, or to increase the combustion rates per square meter of grate while achieving complete combustion.
Some embodiments of the invention have been shown by way of examples in the accompanying drawing.
Fig, 1 is a vertical section of a fireplace according to the invention and
Fig. 2 is a corresponding horizontal section.
Fig. 3 shows in horizontal section variants for the arrangement of the chargers.
The hearth represented at Zigs. 1 and 2 has a width 1 such that a mechanical projection loader, compressed air or steam, placed on the fagade, could not ensure the supply to the opposite wall by distributing the fuel evenly over each unit area of the grid and without causing a considerable thermal loss due to the entrainment of solid unburnt gases by the gases. On the other hand, the width 1 is less. or at most equal to that which can be uniformly supplied by two chargers placed one in 1 on the fagade 11 and the other in 2 on the opposite wall 12. In addition to the good distribution thus ensured, the dust removal by the ga , z will be reduced and the thermal efficiency improved.
The number of magazines on each of the opposite walls 11-12
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naturally depends on the development of the facade, on the width of the grid elements which can be loaded in a uniform manner and on the weight of the fuel to be loaded, by way of example it has been shown in FIG. 2 four chargers on each side: the chargers located on the front side are indicated in 1-3-5 and 7 and the chargers on the opposite side 12 are indicated in 2-4-6 and 8.
There is thus obtained a regular distribution of fuel on the grid 9 despite the width of the hearth.
In Fig. 1, it was assumed that the hearth was applied to a boiler and the tube bundle of this boiler has been indicated schematically at 10, leaving a sufficient height for the combustion chamber 13 for the combustion of the fine particles to be complete. .
In order to facilitate this combustion of the fine particles or to reduce the height of the combustion chamber 13, provision can be made, in accordance with the invention, for the addition to the combustion chamber of a device for collecting the particles entrained in the gases; in the example shown in Figs. 1 and 2 it has been assumed that these particles are sucked from the soot box at 14 and are reinjected again at 15 thanks to the steam taken from a collector of the boiler; the injection 15 takes place from top to bottom towards the igniting surface, so that the combustion of these fine particles can take place very quickly.
On the other hand, it is also possible to add to the hearth a device for the additional injection of pulverized carbon, indicated in FIG. 1 in 16, this injection also being made from top to bottom towards the. ignited surface carried by the grille. This additional injection makes it possible to further increase the combustion rate per square meter of grate and simultaneously combine the advantages of a pulverized coal hearth and a grate hearth.
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The devices described above can have many variants. In particular, the arrangement of the chargers can vary according to the shape and size of the home fed and instead of being arranged on two opposite faces of the home, these chargers can even be arranged on three or four faces.
By way of example, FIG. 3, in continuous line, the heating of a hearth by chargers 17-18-19-20-21-22 distributed on three sides of the hearth which presents only a weak development in fagade and on the other hand a very great depth .
The same arrangement can be repeated symmetrically, as has been shown in broken lines, which provides the supply of a home by chargers distributed over the four faces and indicated from 17 to 28.
The walls of the combustion chamber thus formed can be formed and cooled by any known means, in particular by tubes for circulating water and, as has already been indicated, the unburned particles entrained at the rear of the fireplace as a result. of the very high combustion rate can be taken up by an air or steam vacuum cleaner and reinjected up and down towards the grate to be burned.
Summary.
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