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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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