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MINISTERE DES AFFAIRES ECONOMIQUES ROYAUME BELGIQUE ET DES CLASSES MOYENNES ROYAUME DE BELGIQUE ET DES CLASSES MOYENNES
Direction Générale de l'Industrie etdu Commerce
Administration du Commerce
Service de la
Propriété Industrielle et Commerciale
N 437. 717
LE MINISTRE DES AFFAIRES ECONOMIQUES ET DES CLASSES MOYENNES.
Vu l'arrêté-loi du 8 juillet 1946, prorogeant, en raison des événements de guerre les délais en matière de propriété industrielle et la durée des brevets d'invention ;
Vu la requête introduite le 19 Juin 1947 par Babcock et Wilcox Ltd
Vu la publication de cette requête au Moniteur Belge du 6 février 1948
Considérant qu'aucune réclamation n'a été introduite, dans le délai réglementaire, à la suite de cette publication;
Considérant qu'il résulte des justifications fournies à l'appui de la requête que le brevet No 437.717 pour Perfectionnements aux foyers chauffés au combustible pulvérisé n' a pu être exploité , par suite de l'état de guerre, pendant une période équivalent à cinq années d'exploi- tation normale ;
Considérant, d'autrepart, que le maximum de prolongation prévu par l'arrêté-loi du 8 juillet 1946 est fixé à cinq ans;
ARRETE:
ARTICLE PREMIER. - La duréedu brevet No 437.717 pour: Perfectionnements aux foyers chauffés au combustible pulvérisé accordé à Babcock et Wilcox Ltd pour prendre cours le 17 Janvier 1940 est prolongée de cinq années.
ART. 2. - La prolongation est accordée sous condition du paiement, dans le mois de son octroi, de la taxe spé- ciale prévue à l'art. 6 de l'arrêté-loi du 8 juillet 1946 précité.
ART. 3. - Le présent arrêté sera annexé au titre du brevet.
Bruxelles, le 29 avril 1950.
AU NOM DU MINISTRE : @ Le Fonctionnaire délégué,
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Perfectionnements aux foyers chauffés au combustible pulvérise.
La présente invention concerne des installations de chauffage de vapeur d'eau ou d'autres vapeurs, notamment des foyers chauffés au combustible pulvérisé, et elle a pour but de permettre un abaissement notable de la température du foyer, tout en maintenant un pourcentage élevé de CO2 dans les produits de combustion. Un but plus précis de l'invention est de procurer des foyers chauffés au combustible pulvérisé et fonctionnant à des températures telles que la détérioration des parois en matière réfractaire soit lente, ce qui permet d'utiliser des foyers relativement simples, ne comportant pas de parois à circulation d'eau, et dont la construction
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et l'installation sont peu coûteuses.
Un autre but de l'in- vention est la création de réchauffeurs ou surchauffeurs de vapeur à chauffage indépendant, peu coûteux et surs. L'invention est particulièrement utile dans son application à des ré- chauffeurs pour le réchauffage de la vapeur entre les étages d'une ,turbine, puisque le réchauffeur à chauffage indépendant permet non seulement de contrôler avec précision le degré de réchauffage, mais rend possible aussi une économie de conduits tubulaires et réduit l'énergie de la vapeur contenue dans les condui ts.
L'invention englobe un procédé de chauffage au moyen de combustible pulvérisé du foyer d'un réchauffeur de vapeur d'eau ou d'autres vapeurs, ce procédé consistant à mélanger à l'air primaire des gaz brûlés à une température sensiblement inférieure à celle du foyer, dans une propor- tion insuffisante pour éteindre la flamme, et à mélanger à une autre quantité d'air comburant des gaz brûlés ayant également une température sensiblement inférieure à celle du foyer et dans une proportion plus grande que celle des gaz mélangés à l'air primaire, mais encore insuffisante pour affecter dans une mesure appréciable la combustion ra- tionnelle du combustible.
L'invention concerne aussi une installation pour le chauffage de vapeur d'eau ou d'autres vapeurs, une telle installation comprenant un foyer, un brûleur à combustible pulvérisé, des moyens de mélanger à l'air primaire urne pro- portion réglable de gaz brûlés ayant une température sen- siblement inférieure à celle du foyer, et des moyens de mélanger à une autre quantité d'air comburant amené au foyer une autre proportion, réglable indépendamment, de gaz brûlés ayant également une température sensiblement inférieure à celle du foyer.
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On décrira ci-après un exemple de réalisation de l'invention avec référence au dessin annexé qui représente, en coupe verticale, une installation pour la production et le réchauffage de vapeur. Pour plus de commodité, la coupe a été divisée en trois figures numérotées 1, 2 et 3. La figure 4 montre une variante de certaines parties du foyer du réchauffeur représenté sur la Fig. 3.
Le générateur de vapeur représenté sur la Fig. 1 et le réchauffeur que montre la Fig. 5sont disposés de façon que leurs produits de combustion passent ensemble à travers l'économiseur et à travers le réchauffeur d'air représenté sur la Fig. 2.
Les parties les plus importantes du générateur de vapeur suivant la Fig. 1 sont clairement représentées, tandis que certaines autres parties, qui ne sont pas essentielles pour la compréhension de l'invention, sont omises ou repré- sentées schématiquement. Sur la Fig. l, on voit des brûleurs à charbon pulvérisé 1 qui débitent dans un foyer 2 refroidi à l'eau et ayant des parois opposées 3 et 4 dont les tubes de refroidissement sont réunis par des collecteurs 5, 6,7 et 8 insérés dans le système de circulation. La paroi 9 vue de face sur le dessin est refroidie par des tubes reliant un collecteur inférieur 10 à des collecteurs supérieurs 11 et 12, et une disposition analogue est adoptée pour refroidir la paroi opposée à la paroi 9. Tous ces collecteurs sont réunis en un système de circulation.
Un faisceau de tubes générateurs de vapeur légèrement inclinés 13 est supporté au-dessus du foyer, et ces tubes sont reliés au corps d'eau et de vapeur 14 par des tubes descendants 15 et des tubes montants 16 raccordés aux collecteurs 17 et 18, respective- ment. Dans l'espace entre les tubes 15 et 16 courent d'autres tubes montants 19 et 20 coop érant avec des chi canes qui,
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avec des chicanes adjointes aux tubes 15 et 16, obligent les produits de combustion du foyer à monter à travers les sections 21 et 22 du surchauffeur,aprèsavoir traverséle faisceau de tubes 13, puis à redescendre à travers les sec- tions d'économiseur 23 et 24 vers la sortie 25 (Figs. 1 et 2).
Un clapet 26 commande le passage 27 entre les chicanes ad- jointes aux tubes 19 et 20, ce passage constituant une déri- vation réglable contournant le surchauffeur. Un dispositif de commande 28 permet de régler le clapet à la main en vue du réglage ou de l'ajustement du degré de surchauffe. Le clapet 26 pourrait aussi être commandé automatiquement.
En venant du corps 14, la vapeur destinée à être surchauffée descend à travers le surchauffeur 22, 21 et de- vient disponible en 29.
Les parois 3 et 4 convergent à leur extrémité infé- rieure de façon à consti tuer un fond en trémie au-dessus de la fosse 30 dans laquelle tombentouse déposent les scories.
On voit sur la Fig. 2 que les gaz traversant la sortie 25 s'engagent dans un espace 31 où affluent également des gaz venant du réchauffeur. Les gaz du générateur de va- peur, de même que ceux du réchauffeur montent ensuite en- semble à travers les échangeurs de chaleur qui comportent de nouvelles sections d'économiseur 32 et 33 ainsi qu'un réchauffeur d'air 34. Au-dessus de celui-ci, les gaz combinés sont aspirés au moyen d'un ventilateur de tirage induit (non représenté) .
Une partie des poussières transportées par les gaz qui traversent la sortie 25 se déposent au fond de l'espace 31.
Conformément à la Fig. 3, le foyer 51 du réchauf- feur présente des parois et un ciel de briques réfractaires 53, et il est chauffé par deux brûleurs à combustible pul- vérisé 53, la coupe que représente la Fig. 3 passant par un de ces brûleurs. Le combustible est fourni à ces brûleurs
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par le broyeur pulvérisateur 54. De l'air préchauffé et des gaz refroidis sont également injectés dans le foyer du ré- chauffeur de la manière qui sera décrite plus loin.
Les gaz quittant le foyer montent à travers les sections 55, 56 et 57 du réchauffeur, passent alors latéralement, à travers une ouverture 58 obturable par des registres 59, dans l'espace 31 (Fig. 2) et de là ils montent, avec les gaz venant du générateur, à travers les sections 32 et 33 de l'économiseur et le réchauffeur d'air 34. La vapeur destinée à être ré- chauffée est amenée dans le tube 60, traverse ensuite la section 55 du réchauffeur en parallèle avec les gaz, puis les sections 57 et 56 en contre-courant par rapport aux gaz, et devient finalement disponible en 61.
De l'air fourni par un ventilateur 62 traverse le réchauffeur d'air (si on le désire, une partie de l'air emprunte la dérivation réglable 63) et descend le long du conduit 64 jusqu'au niveau des brûleurs à charbon pulvérisé 1 où une partie de l'air est utilisé comme air secondaire pour la combustion dans le foyer du générateur de vapeur.
Une autre partie de l'air est prélevé en un point approprié (non représenté) et conduit au broyeur (non représenté) qui alimente les brûleurs 1. De l'air est amené aussi, par le conduit 65, au condui t 66 voisin du foyer du réchauffeur, en quantité réglée par des registres 67. Un embranchement 68 va aussi du conduit 65 à l'espace 69 qui fait partie de l'espace entourant le foyer du réchauffeur entre le revêtement réfrac- taire 52 et l'enveloppe extérieure 70 de briques isolantes.
Cet espace extérieur est prévu seulement au-dessus du niveau des parois convergentes d'une fosse à scories 71 formée au fond du foyer. Un registre 99 sert à régler la quantité d'air entrant dans l'espace 69. Des chicanes appropriées (non re- présentées) sont arrangées dans l'espace extérieur 69 et s'étendent des briques réfractaires 52 jusqu'à l'enveloppe
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de briques isolantes 70, ces chicanes étant espacées de façon à obliger l'air entrant à longer une grande partie de la face extérieure des briques réfractaires et à refroidir ainsi ces briques sur le trajet de l'embranchement 68 à l'espace 72. De cet espace 72 l'air passe dans le foyer en qualité d'air secondaire autour des courants de combustible et d'air débites par chacun des brûleurs 55.
L'air qui n'est pas soutiré en 68 continue son chemin dans le conduit 66 et une partie d'e cet air peut passer dans l'espace 73 situé sur le côté du conduit et de là il pénètre dans le foyer en qualité d'air secondaire, autour des courants de combustible et d'air primaire débités par chacun des brûleurs. Des registres tels que 74 servent à régler l'arrivée de cet air à chacun des brûleurs.
L'air restant passe du conduit 66, à travers le conduit 75, au broyeur 54 où il est utilisé comme air pri- maire pour véhiculer le charbon pulvérisé, le long des tuyaux tels que 76, vers les brûleurs.
Sounis au réglage par des registres 77 à l' entrée d'un conduit 77a, des gaz refroidis sont repris, par un ventilateur 78, dans l'espace 79 entre l'économiseur 33 et le réchauffeur d'air 34 et débités dans un conduit 80 qui se divise en trois branches 81, 82 et 83. La branche 81 dé- bouche dans le conduit 66 dans lequel, comme déjà expliqué, circule l'air destiné à servir d'air primaire et, aussi le cas échéant,d'air secondaire dans le foyer du réchauffeur.
La quantité de gaz entrant dans le conduit 66 est réglée par un registre 84 situé dans la branche 81.
La branche 82 qui reçoit une quantité d'air réglée par le registre 85, se divise à son tour en deux branches 86 et 87 qui courent horizontalement le long de la paroi du foyer du réchauffeur opposée aux brûleurs, et débite les gaz au-dessus de rangées de tubes 88 et 89 qui sont commandés par
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des soupapes à pointeau et conduisent les gaz dans le foyer à travers des rangées horizontales d'ouvertures 90 et 91 respectivement, ménagées dans les briques réfractaires. Une rangée semblable de tubes 92 commandés par des soupapes à pointeau est prévue pour conduire les gaz de la branche 86, à travers les ouvertures 93 de l'enveloppe de briques iso- lantes 70, dans l'espace 69.
Le registre 85 permet de couper l'arrivée de gaz dans les branches 86 et 87 si, pendant que le foyer est en service, il devient nécessaire de dégager les ouvertures 90 et 91.
La branche 83 dans laquelle l'arrivée de gaz est commandé par un registre (non représenté) s'étend horizonta- lement à travers la largeur du foyer et débite les gaz aux tuyaux 94 et 95 commandés par des soupapes à pointeau et condui sant les gaz aux rangées horizontales d'ouvertures 96 et 97 ménagées dans les briques réfractaires.
Le fait que le ventilateur 78 aspire les gaz provenant du foyer du générateur de vapeur et les inj ecte dans le réchauffeur est particulièrement avantageux pendant la mise en marche de l'installation de production et de réchauffage de vapeur. Pendant que le générateur de vapeur est porté à la température de fonctionnement, le ventila- teur 78 dont la commande doit être indépendante de la vapeur fournie par le générateur, sert à introduire des gaz brûlés dans le foyer du réchauffeur, à travers les ouvertures 90, 91,96 et 97, ce qui permet de porter progressivement le réchauffeur à une température au moins voisine de celle nécessaire pour la mise en marche.
Cette élévation de tem- pérature ne demande que peu de surveillance et la sécheresse du trajet de la vapeur à travers le faisceau tubulaire du réchauffeur est assurée sans dépense de combustible dans lefoyer du réchauffeur.
Les gaz refroidisfournispar le ventilateur 78
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sont amenés à l'air primaire et à l'air secondaire afin de maintenir une basse température de combustion, et ils sont ajoutés aux gaz brûlas chauds du foyer du réchauffeur pour éviter le surchauffage de celui-ci. Des gaz sont donc ajou- tés à l'air destiné à servir d'air primaire et, en plus du réglage de la température de combustion, leur chaleur est utile pour faciliter le travail du pulvérisateur lorsque le charbon introdui t dans celui-ci contient de l'humidité.
La proportion des gaz dans l'air primaire doit être infé- rieure à une limite déterminée par la tendance -de la flamme à se décoller des brûleurs en cas d'une proportion excessive de gaz. Au-dessus de cette limite, la combustion devient instable et la flamme peut morne s'éteindre.
Des gaz sont ajoutés aussi à l'air secondaire entrant dans le foyer du réchauffeur autour des courants de combustible et d'air primaire débités par les brûleurs.
Dans le mélange d'air et de gaz que l'on peut admettre en ouvrant le registre 74, la.proportion de gaz est la même que dans son mélange avec l'air primaire. Cependant, il est permis de mélanger à l'air secondaire une proportion de gaz beaucoup plus élevée que dans le mélange avec l'air primaire, et cette proportion plus élevée est utile dans le mélange avec l'air secondaire, afin d'établir une température de combustion réduite. En réglant les soupapes à pointeau des tuyaux 92, on peut admettre toute proportion voulue de gaz dans l'air pénétrant dans le foyer en passant par l'espace 72. La limite de la proportion de gaz est indiquée, dans ce cas, par la mauvaise combustion du combustible, que l'on peut observer dès que la limite est dépassée.
Des gaz que l'on peut nommer gaz refroidissants, sont également inj ectés, à travers les ouvertures 90, 91, 96 et 97 du ciel et de la paroi opposée à l'extrémité de chauffage,
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dans les produits de combustion en vue de les diluer avant qu'ils atteignent le réchauffeur, ce qui a pour effet non seulement d'abaisser la température des produits de combus- tion à une valeur inoffensive, mais aussi d'assurer une protection efficace des briques réfractaires 52 de la dite paroi et d'une partie du ciel plus éloignée des brûleurs.
En ajoutant, comme décrit, des gaz refroidis à l'air primaire et à l'air secondaire, on assure, dans le foyer, une température relativement basse conduisant à une excellente combustion. Cette température est inférieure à celle que l'on obtiendrait en mélangeant des gaz refroidis- sants à l'air primaire ou à l'air secondaire seul. De ce fait on peut utiliser un simple foyer en briques réfractaires et éviter les dépenses et les complications que causent les parois refroidies à l'eau.
De plus, en inj ectant des gaz refroidiségalement à travers les ouvertures 90, 91, 96 et 97, on amène les produits de la combustion à une température appropriée avant que ces produits viennent agir sur le réchauffeur. Les sur- faces d'échange thermique sont ainsi protégées contre le surchauffage et l'encrassement par des scories, c'est-à-dire contre le dépôt, sur les tubes, de scories ayant une tem- pérature supérieure à leur point de fusion. On atteint ce résultat sans user, dans le réchauffeur, de dispositifs de refroidissement tels que des faisceaux de tubes à eau.
La presque totalité de la chaleur libérée est acheminée aux faisceaux de tubes réchauffeurs ce qui permet de limiter les dimensions du foyer et du pulvérisateur et de réduire la consommation de charbon, par rapport à la quantité de chaleur transmise par seconde à la vapeur.
En outre, en raison de l'écoulement rapide des gaz sur les tubes du réchauffeur, dû à l'adjonction de gaz recirculés aux produits de combustion frais., l'efficacité
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des faisceaux tubulaires du réchauffeur, c'est-à-dire leur taux de transmi ssion de chaleur est élevé., ce qui permet aussi de réduire les dimensions du réchauffeur. Un autre facteur permettant de réduire les dimensions du réchauffeur est la diminution de la chute de température des gaz allant de l'entrée à la sortie des faisceaux tubulaires., grâce à la grande quantité des gaz qui résulte de ce que la tempéra- ture des produits de combustion à l'entrée du réchauffeur à été abaissée à la valeur voulue par l'addition de gaz re- froidis et non par d'autres moyens tels que par exemple un écran de tubes à circulation d'eau.
La quantité de gaz refroidis débités par le venti- lateur 78 est normalement réglée automatiquement par des dispositifsqui dép endent de la température desgaz à l'en- trée dans le réchauffeur, constatée par un thermomètre 98, afin de maintenir cette température en-dessous d'une certaine limite de sécurité.
Pour pouvoir régler à tout instant, par exemple automatiquement comme il vient d'être dit, la quantité des gaz à employer pour diluer les produits de combustion du foyer du réchauffeur, on peut utili ser les regi stres 77, surtout quand le ventilateur 78 tourne à vitesse constante.
Mais on pourrait aussi utiliser le réglage de la vitesse du ventilateur pour régler la quantité de ces gaz. Quelque soit le mode de réglage de la quantité de gaz traversant les ouvertures 90, 91, 96 et 97, il doit s'accompagner d'un réglage approprié des soupapes à pointeau des tubes 92 et d'un réglage du registre 84, afin de maintenir la propor- tion désirée de gaz dans l'air primaire et dans l'air se- condaire.
L'alimentation des brûleurs 53 en charbon pulvérisé est normalement réglée automatiquement de façon à régler
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convenablement la température de la vapeur à la sortie du réchauffeur.
La Fig. 4 montre une variante de certaines parties du foyer du réchauffeur suivant la Fig. 3. Dans la construction modifiée, le mélange d'air et de gaz refroidis employé pour refroidir les briques réfractaires du foyer du réchauffeur passe de l'espace 69 à l'extrémité de chauffage du foyer mais, au lieu de servir d'air secondaire, ce mélange entre dans le foyer comme air tertiaire, à travers une rangée d'ouvertures 150 traversant le foyer à l'extrémité de chauffage, entre les brûleurs et le ciel. La proportion de gaz refroidis dans l'air ainsi inj ecté dans le foyer peut être plus grande que dans l'air primaire et est en pratique réglée pour l'être, mais dans ce cas la proportion des gaz refroidis dans l'air secondaire ne doit généralement pas dépasser la proportion des gaz dans l'air primaire.
Pour cette raison, tout l'air secondaire venant de l'espace 73 est sounis au réglage par des registres tels que 74 coopérant avec chacun des brûleurs.
Si la proportion convenabl e de gaz dans l'air admis à travers les ouvertures 150 est dépassée, cela est indiqué par la combustion imparfaite du combustible.
La proportion de gaz froids mélangés à l'air pri- maire ne doit pas dépasser un certain maximum comme déjà expliqué avec référence à l'exemple de construction précé- denment décrit, et ce maximun se détermine par l'observation des conditions de la combustion, la proportion devant être abaissée lorsqu'on constate que la flamme tend à se décoller du brûleur.
Dans une autre forme de réalisation de l'invention non représentée ici, il est envisagé d'isoler les surfaces qui transmettent la chaleur pour chauffer la vapeur, de Ia chambre dans laquelle les brûleurs débouchent et de prévoir un chemin-ouvert également isolé de' cette chambre, les pro-
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duits de combustion empruntant ce chemin pour atteindre les surfaces d'échange thermique. Des gaz refroidis peuvent être inj ectés dans ce chemin ouvert, par exemple à la même extré- mité que celle par laquelle entrent les produits de combus- tion frais, de façon à modérer la température des produits de combustion avant que ceux-ci atteignent les surfaces d'échange thermique.
Un exemple d'une telle construction est représenté sur la Fig. 4 de¯la demande de brevet de marne date, de la mime Demanderesse, intitulée "Perfectionnements aux générateurs de vapeur comportant des réchauffeurs et/ou surchauffeurs à chauffage indépendant".
Certaines caractéristiques ci-dessus décrites, re- latives à la limitation de la température des produits chauds de la combustion allant vers le réchauffeur de vapeur, au moyen de gaz refroidis qui. ont traversé un .échangeur de chaleur commun au foyer d'un générateur de vapeur et au foyer, chauffé indépendamment, du réchauffeur de vapeur, font l'objet de la demande de brevet précitée.
REVENDICATIONS
1) Procédé de chauffage au moyen de combustible pulvérisé du foyer d'un réchauffeur de vapeur d'eau ou d'autres vapeurs, consistant à mélanger à l'air primaire des gaz brûlés à une température sensiblement inférieure à celle du'Foyer, dans une proportion insuffisante pour éteindre la flamme, et à mélanger à une autre quantité d'air combu- rant des gaz brûlés ayant également une température sen'si- blement inférieure à celle du foyer, dans une proportion plus grande que celle des gaz mélangés à l'air primaire, mais encore insuffisante pour affecter dans une mesure appré- ciable la combustion rationnelle du combustible.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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MINISTRY OF ECONOMIC AFFAIRS KINGDOM BELGIUM AND MIDDLE CLASSES KINGDOM OF BELGIUM AND MIDDLE CLASSES
Directorate General of Industry and Commerce
Commerce Administration
Service
Industrial and Commercial Property
No. 437. 717
THE MINISTER OF ECONOMIC AFFAIRS AND MIDDLE CLASSES.
Considering the decree-law of July 8, 1946, extending, because of the events of war, the deadlines in matters of industrial property and the duration of invention patents;
Having regard to the application brought on June 19, 1947 by Babcock and Wilcox Ltd
Having regard to the publication of this request in the Belgian Official Gazette of February 6, 1948
Considering that no complaint has been lodged, within the regulatory period, following this publication;
Considering that it follows from the justifications provided in support of the request that patent No. 437,717 for improvements to fireplaces heated with pulverized fuel could not be exploited, owing to the state of war, for a period equivalent to five years of normal operation;
Considering, on the other hand, that the maximum extension provided for by the decree-law of July 8, 1946 is set at five years;
STOPPED:
FIRST ARTICLE. - The term of Patent No. 437,717 for: Improvements to Pulverized Fuel Heated Fireplaces granted to Babcock and Wilcox Ltd to start on January 17, 1940 is extended by five years.
ART. 2. - The extension is granted subject to payment, in the month of its granting, of the special tax provided for in art. 6 of the aforementioned decree-law of July 8, 1946.
ART. 3. - This decree will be annexed to the title of the patent.
Brussels, April 29, 1950.
IN THE NAME OF THE MINISTER: @ The delegated official,
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Improvements to fireplaces heated with atomized fuel.
The present invention relates to installations for heating water vapor or other vapors, in particular fireplaces heated with pulverized fuel, and its aim is to allow a significant reduction in the temperature of the hearth, while maintaining a high percentage of CO2 in combustion products. A more precise object of the invention is to provide fireplaces heated with pulverized fuel and operating at temperatures such that the deterioration of the refractory material walls is slow, which makes it possible to use relatively simple fireplaces, having no walls. with water circulation, and whose construction
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and installation are inexpensive.
Another object of the invention is the creation of inexpensive and safe independent heating steam heaters or superheaters. The invention is particularly useful in its application to heaters for reheating steam between stages of a turbine, since the independently heated heater not only allows the degree of reheating to be precisely controlled, but also makes possible. also an economy of tubular conduits and reduces the energy of the steam contained in the condui ts.
The invention encompasses a method of heating by means of pulverized fuel the hearth of a heater of water vapor or other vapors, the method comprising mixing with the primary air flue gases at a temperature substantially lower than that. of the hearth, in a proportion insufficient to extinguish the flame, and to mix with another quantity of combustion air the burnt gases also having a temperature appreciably lower than that of the hearth and in a proportion greater than that of the gases mixed with the primary air, but still insufficient to significantly affect the rational combustion of the fuel.
The invention also relates to an installation for heating water vapor or other vapors, such an installation comprising a hearth, a pulverized fuel burner, means of mixing with the primary air an adjustable proportion of gas. burnt gases having a temperature substantially lower than that of the hearth, and means for mixing with another quantity of combustion air supplied to the hearth another proportion, independently adjustable, of burnt gases also having a temperature appreciably lower than that of the hearth.
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An exemplary embodiment of the invention will be described below with reference to the appended drawing which shows, in vertical section, an installation for the production and heating of steam. For convenience, the section has been divided into three figures numbered 1, 2 and 3. Figure 4 shows a variation of some parts of the heater hearth shown in Fig. 3.
The steam generator shown in FIG. 1 and the heater shown in Fig. 5 are arranged so that their combustion products pass together through the economizer and through the air heater shown in FIG. 2.
The most important parts of the steam generator according to Fig. 1 are clearly shown, while certain other parts, which are not essential for the understanding of the invention, are omitted or shown schematically. In Fig. 1, we see pulverized charcoal burners 1 which flow into a water-cooled fireplace 2 and having opposite walls 3 and 4 whose cooling tubes are joined by collectors 5, 6, 7 and 8 inserted into the system traffic. The wall 9 seen from the front in the drawing is cooled by tubes connecting a lower manifold 10 to upper manifolds 11 and 12, and a similar arrangement is adopted to cool the wall opposite to the wall 9. All these manifolds are united in one. circulation system.
A bundle of slightly inclined steam generator tubes 13 is supported above the hearth, and these tubes are connected to the water and steam body 14 by down tubes 15 and up tubes 16 connected to the collectors 17 and 18, respectively. - is lying. In the space between the tubes 15 and 16 run other upright tubes 19 and 20 cooperating with chucks which,
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with baffles attached to tubes 15 and 16, force the combustion products of the hearth to rise through sections 21 and 22 of the superheater, after having passed through the bundle of tubes 13, then down again through the economizer sections 23 and 24 to exit 25 (Figs. 1 and 2).
A valve 26 controls the passage 27 between the baffles attached to the tubes 19 and 20, this passage constituting an adjustable bypass bypassing the superheater. A control device 28 enables the valve to be manually adjusted for setting or adjusting the degree of superheating. The valve 26 could also be controlled automatically.
Coming from the body 14, the steam intended to be superheated descends through the superheater 22, 21 and becomes available at 29.
The walls 3 and 4 converge at their lower end so as to form a hopper bottom above the pit 30 in which the slag is deposited.
It can be seen in FIG. 2 that the gases passing through the outlet 25 enter a space 31 where gases also flow from the heater. The gases from the steam generator as well as those from the heater then rise together through the heat exchangers which have new economizer sections 32 and 33 as well as an air heater 34. Above. From this, the combined gases are sucked by means of an induced draft fan (not shown).
Part of the dust transported by the gases passing through the outlet 25 is deposited at the bottom of the space 31.
According to Fig. 3, the hearth 51 of the heater has walls and a sky of refractory bricks 53, and it is heated by two pulverized fuel burners 53, the section shown in FIG. 3 passing through one of these burners. Fuel is supplied to these burners
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by the pulverizer 54. Preheated air and cooled gases are also injected into the hearth of the heater as will be described later.
The gases leaving the hearth rise through the sections 55, 56 and 57 of the heater, then pass laterally, through an opening 58 which can be closed by registers 59, into the space 31 (Fig. 2) and from there they rise, with the gases coming from the generator, through sections 32 and 33 of the economizer and the air heater 34. The vapor intended to be reheated is brought into the tube 60, then passes through the section 55 of the heater in parallel with gases, then sections 57 and 56 countercurrent to the gases, and finally becomes available at 61.
Air supplied by a fan 62 passes through the air heater (if desired, part of the air passes through the adjustable bypass 63) and descends along the duct 64 to the level of the pulverized charcoal burners 1 where part of the air is used as secondary air for combustion in the furnace of the steam generator.
Another part of the air is taken from a suitable point (not shown) and led to the crusher (not shown) which supplies the burners 1. Air is also supplied, through the duct 65, to the duct 66 adjacent to the. heater hearth, in a quantity regulated by registers 67. A branch 68 also goes from duct 65 to space 69 which forms part of the space surrounding the heater hearth between the refractory lining 52 and the outer casing 70 of insulating bricks.
This external space is provided only above the level of the converging walls of a slag pit 71 formed at the bottom of the hearth. A register 99 serves to regulate the amount of air entering the space 69. Appropriate baffles (not shown) are arranged in the exterior space 69 and extend from the refractory bricks 52 to the casing.
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of insulating bricks 70, these baffles being spaced so as to force the incoming air to follow a large part of the outer face of the refractory bricks and thus to cool these bricks on the path from the branch 68 to the space 72. De this space 72 the air passes into the furnace as secondary air around the fuel and air streams delivered by each of the burners 55.
The air which is not withdrawn at 68 continues its way in the duct 66 and part of this air can pass into the space 73 located on the side of the duct and from there it enters the hearth as a secondary air, around the fuel and primary air streams delivered by each of the burners. Registers such as 74 are used to regulate the arrival of this air to each of the burners.
The remaining air passes from conduit 66, through conduit 75, to crusher 54 where it is used as the primary air to convey the pulverized coal, along pipes such as 76, to the burners.
Subject to adjustment by registers 77 at the inlet of a duct 77a, cooled gases are taken up, by a fan 78, in the space 79 between the economizer 33 and the air heater 34 and delivered to a duct. 80 which is divided into three branches 81, 82 and 83. The branch 81 opens into the duct 66 in which, as already explained, circulates the air intended to serve as primary air and, also if necessary, of secondary air in the heater hearth.
The quantity of gas entering the conduit 66 is regulated by a register 84 located in the branch 81.
The branch 82 which receives a quantity of air regulated by the register 85, in turn divides into two branches 86 and 87 which run horizontally along the wall of the heater hearth opposite the burners, and delivers the gases above rows of tubes 88 and 89 which are controlled by
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needle valves and lead the gases into the hearth through horizontal rows of openings 90 and 91, respectively, formed in the refractory bricks. A similar row of tubes 92 controlled by needle valves is provided to conduct the gases from branch 86, through openings 93 of the insulating brick shell 70, into space 69.
Register 85 cuts off the gas supply to branches 86 and 87 if, while the fireplace is in service, it becomes necessary to clear openings 90 and 91.
The branch 83 in which the gas supply is controlled by a damper (not shown) extends horizontally across the width of the hearth and delivers the gases to the pipes 94 and 95 controlled by needle valves and carrying the valves. gas to the horizontal rows of openings 96 and 97 formed in the refractory bricks.
The fact that the fan 78 sucks in the gases coming from the hearth of the steam generator and injects them into the heater is particularly advantageous during the start-up of the plant for the production and heating of steam. While the steam generator is brought up to operating temperature, the fan 78, the control of which must be independent of the steam supplied by the generator, serves to introduce burnt gases into the hearth of the heater, through the openings 90 , 91, 96 and 97, which makes it possible to gradually bring the heater to a temperature at least close to that required for starting.
This temperature rise requires little supervision and the dryness of the steam path through the heater tube bundle is ensured without the expense of fuel in the heater hearth.
The gases cooled by the fan 78
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are supplied to primary air and secondary air in order to maintain a low combustion temperature, and they are added to the hot burned gases of the heater hearth to prevent overheating of the heater. Gases are therefore added to the air intended to serve as primary air and, in addition to the regulation of the combustion temperature, their heat is useful to facilitate the work of the pulverizer when the coal introduced into it contains moisture.
The proportion of gases in the primary air must be less than a limit determined by the tendency of the flame to separate from the burners in the event of an excessive proportion of gas. Above this limit, combustion becomes unstable and the flame may dull and go out.
Gases are also added to the secondary air entering the heater hearth around the streams of fuel and primary air delivered by the burners.
In the mixture of air and gas which can be admitted by opening register 74, the proportion of gas is the same as in its mixture with the primary air. However, it is permitted to mix with secondary air a much higher proportion of gas than in mixing with primary air, and this higher proportion is useful in mixing with secondary air, in order to establish a reduced combustion temperature. By adjusting the needle valves of the pipes 92, any desired proportion of gas can be admitted into the air entering the fireplace through space 72. The limit of the gas proportion is indicated, in this case, by the poor combustion of the fuel, which can be observed as soon as the limit is exceeded.
Gases which can be called cooling gases are also injected through the openings 90, 91, 96 and 97 in the ceiling and in the wall opposite the heating end,
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in the combustion products in order to dilute them before they reach the heater, which has the effect not only of lowering the temperature of the combustion products to a harmless value, but also of ensuring effective protection of the combustion products. refractory bricks 52 from said wall and from a part of the sky further away from the burners.
By adding, as described, gases cooled to the primary air and to the secondary air, a relatively low temperature is ensured in the furnace, leading to excellent combustion. This temperature is lower than that which would be obtained by mixing cooling gases with the primary air or with the secondary air alone. As a result, a simple firebox made of refractory bricks can be used and the expense and complications caused by water-cooled walls can be avoided.
In addition, by injecting cooled gases also through the openings 90, 91, 96 and 97, the combustion products are brought to a suitable temperature before these products act on the heater. The heat exchange surfaces are thus protected against overheating and clogging by slag, that is to say against the deposition, on the tubes, of slag having a temperature above their melting point. . This is achieved without using, in the heater, cooling devices such as bundles of water tubes.
Almost all of the heat released is sent to the bundles of heating tubes, which makes it possible to limit the dimensions of the hearth and the sprayer and to reduce the consumption of coal, compared to the quantity of heat transmitted per second to the steam.
In addition, due to the rapid flow of gases over the heater tubes, due to the addition of recirculated gases to the fresh combustion products, the efficiency
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reheater tube bundles, that is to say their heat transfer rate is high. This also makes it possible to reduce the size of the heater. Another factor making it possible to reduce the dimensions of the heater is the reduction in the temperature drop of the gases going from the inlet to the outlet of the tube bundles., Thanks to the large quantity of the gases which results from the temperature of the tubes. combustion products at the inlet of the heater has been reduced to the desired value by the addition of cooled gas and not by other means such as for example a screen of tubes with water circulation.
The quantity of cooled gas delivered by the fan 78 is normally regulated automatically by devices which depend on the temperature of the gas entering the heater, observed by a thermometer 98, in order to maintain this temperature below 'a certain security limit.
In order to be able to regulate at any time, for example automatically as it has just been said, the quantity of gases to be used to dilute the combustion products of the heater hearth, the registers 77 can be used, especially when the fan 78 is running. at constant speed.
But we could also use the fan speed control to adjust the amount of these gases. Whatever the method of adjusting the quantity of gas passing through the openings 90, 91, 96 and 97, it must be accompanied by an appropriate adjustment of the needle valves of the tubes 92 and an adjustment of the register 84, in order to maintain the desired proportion of gas in the primary air and in the secondary air.
The feed to the burners 53 with pulverized coal is normally automatically adjusted so as to regulate
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suitably the temperature of the steam leaving the heater.
Fig. 4 shows a variant of certain parts of the furnace of the heater according to FIG. 3. In the modified construction, the mixture of cooled air and gas used to cool the refractory bricks of the heater hearth passes from space 69 to the heating end of the hearth but, instead of serving as secondary air. , this mixture enters the hearth as tertiary air, through a row of openings 150 passing through the hearth at the heating end, between the burners and the sky. The proportion of gas cooled in the air thus injected into the furnace may be greater than in the primary air and is in practice regulated to be so, but in this case the proportion of the gases cooled in the secondary air is not should generally not exceed the proportion of gases in the primary air.
For this reason, all the secondary air coming from space 73 is subject to adjustment by registers such as 74 cooperating with each of the burners.
If the proper proportion of gas in the air admitted through the openings 150 is exceeded, this is indicated by the imperfect combustion of the fuel.
The proportion of cold gases mixed with the primary air must not exceed a certain maximum as already explained with reference to the construction example described above, and this maximum is determined by observing the combustion conditions. , the proportion to be lowered when it is observed that the flame tends to separate from the burner.
In another embodiment of the invention not shown here, it is envisioned to insulate the surfaces which transmit heat to heat the steam, from the chamber into which the burners open and to provide an open path also isolated from the chamber. this room, the pro-
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combustion ducts taking this path to reach the heat exchange surfaces. Cooled gases can be injected into this open path, for example at the same end as that through which the fresh combustion products enter, so as to moderate the temperature of the combustion products before they reach the temperature. heat exchange surfaces.
An example of such a construction is shown in FIG. 4 of the date marl patent application, from the same Applicant, entitled "Improvements to steam generators comprising heaters and / or superheaters with independent heating".
Certain characteristics described above, relating to the limitation of the temperature of the hot products of combustion going to the steam heater, by means of cooled gases which. have passed through a heat exchanger common to the hearth of a steam generator and to the hearth, heated independently, of the steam heater, are the subject of the aforementioned patent application.
CLAIMS
1) Method of heating by means of pulverized fuel the hearth of a heater of water vapor or other vapors, consisting in mixing with the primary air burnt gases at a temperature appreciably lower than that of the hearth, in an insufficient proportion to extinguish the flame, and to mix with another quantity of combustion air the burnt gases having also a temperature appreciably lower than that of the hearth, in a proportion greater than that of the gases mixed with primary air, but still insufficient to affect to any appreciable extent the rational combustion of fuel.
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