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"Procédé pour l'enlèvement des scories de foyers, spécialement de foyers à pression pour combustibles formant beaucoup de scories"
Dans les foyers ordinaires utilisant des combustibles for- mant des scories ou mâchefer, par exemple du poussier de charbon, il est da règle de brûler le combustible aussi complètement.que possible dans la chambre de combustion et d'y refroidir déjà les gaz chauds produits, à un point tel que les particules de cendres entraînées par le courant da gaz chauds soient solidifiées avant qu'elles n'atteignent les carneaux des gaz chauds, de sorte qu'elles ne puissent plus adhérer aux parois.
la majeure partie des cen- dres ou scories ne doit pas du tout atteindre les carneaux des gaz chauds, mais doit déjà être séparée dans la chambre de corabus- tion et être enlevée de celle-ci, soit à l'état liquide, soit
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après durcissement, par l'intermédiaire de grilles de granulation.
Dans le cas de chambres de combustion à chauffage sous pres- sion, ces règles de fonctionnement ne sont en général pas réalisa- bles. Dans les foyers à pression, il importe avant tout de tirer parti de la possibilité de réaliser des charges aussi élevées que possible de la chambre de combustion. On ne se contente par exemple pas, comme dans le foyer ordinaire à poussier de charbon, de débits thermiques de 150.000 à 250.000 #kcal/h. et m3 de volume de la chambre de, combustion, mais on va jusqu'à, plus de trente fois cette charge.
Il en résulte que les surfaces de chauffe par rayonnement si- tuées à l'intérieur de la chambre de combustion ne suffisent de loin plus pour soustraire déjà assez de chaleur aux gaz chauds à' l'intérieur de la chambre de combustion pour abaisser leur tempé- rature à la température de solidification des scories.
Dans le foyer à pression, ces débits thermiques extraordinaire - ment élevés sont rendus possibles, non seulement par l'augmentation de la pression, mais bien plus par la turbulence intense du mélange de combustible et d'air, pour laquelle une partie considérable de la chute de pression disponible peut être utilisée. Cette turbulence a pour eîfet que, dans le foyer à pression, les gouttelettes de scories ne se déposent pas comme par exemple dans les immenses cnambres de combustion d'un foyer ordinaire à poussier de charbon, mais sont plutôt toujours de nouveau soulevées et entraînées dans les tourbillons et restent en grande partie suspendues dans les gaz chauds.
Dans le cas du foyer sous pression, on doit donc tenir compte du fait que de grandes quantités de scories sont évacuées avec les gaz chauds et que ces scories sont encore liquides ou pâteuses lorsqu'elles atteignent les surfaces de chauffe. Il est donc fort probable que les surfaces de chauffe montées en aval de la chambre de combustion soient très rapidement obstruées par les scories.
Des essais approfondis ont maintenant toutefois prouvé 'qu'on peut également mettre des surfaces de chauffe à l'abri de tout dépôt
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de scories si l'on tient ces surfaces suffisamment froides et si on les rend lisses, si l'on évite, en outre, toute résistance contre laquelle les gouttelettes de scories peuvent se heurter, et si l'on fait finalement passer les gaz chauds à très grande vitesse le long des surfaces de chauffe, c'est-à-dire si les sur- faces de chauffe sont constituées par des surfaces qui ne présen- tent aucune courbure dans le sens de l'écoulement et sont longées par un courant parallèle de gaz chauds s'écoulant à très grande vitesse.
Le flux de gaz chauds peut alors être conduit horizon- talement ou vers le bas, pourvu que la vitesse des gaz chauds soit suffisamment grande pour tenir en suspension et entraîner les gouttelettes de scories.
La présente invention tient compte de ces constatations pour enlever les scories des chambres de combustion dans les foyers, notamment les foyers à pression, et pour mettre les carneaux de gazde fumée et les surfaces de chauffe à l'abri du dépôt de scories. L'invention concerne un procédé pour l'enlèvement des scories de foyers, spécialement de foyers à pression pour combus- tibles formant beaucoup de scories, salon lequel la masse princi- pale des scories est entraînée par la masse principale des gaz chauds produits dans la chambre de combustion et est conduite à travers un échangeur de chaleur qui forme une partie essentielle des surfaces de chauffe destinées à absorber la chaleur des gaz chauds.
L'échangeur thermique est avantageusement raccordé à' l'extrémité inférieure de la chambre de combustion et dimensionnée de telle manière que les gaz chauds soient refroidis dans cet échangeur à une température voisine de la température de solidifi- cation des scories. La vitesse à laquelle les gaz chauds parcourent les canaux est choisie très élevée, au moins 100 m/sec., de sorte qu'un nettoyage automatique des canaux se produit déjà du fait de l'action de soufflage exercée par les gaz.
Les deux figures du dessin annexé montrent deux exemples
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d'application de l'invention, tous deux en Combinaison avec un générateur de vapeur à foyer à pression (chaudière Velox). La Fig. 1 montra une vue en coupe d'une chambre de combustion à chauffage sous pression, à laquelle est raccordé un échangeur thermique, tandis que la Fig. 2 montre une vue en coupe de la partie inférieure d'une telle chambre de combustion.
En Fig. 1, 1 désigne le brûleur à poussier de charbon. Il reçoit le combustible avec l'air primaire par plusieurs tuyaux 2, et l'air secondaire par le tuyau 3 qui vient directement de la souf- flerie d'air de combustion, non montrée au dessin. 4 désigne la chambre de combustion. Elle est garnie par les tubes 5 qui sont - parcourus par de l'eau de circulation qui entre en 6 et quitte la chambre de combustion en 7, ensemble avec la vapeur produite.
8 désire un corps de radiation en briques réfractaires servant à stabiliser la flamme. L'extrémité conique 9 de la chambre de combustion peut être formée par des tôles refroidies ou bien elle peut être garnie d'une maçonnerie en briques réfractaires. Dans tous les cas, on maintient à l'intérieur de la chambre de combus- tion une température qui dépasse la température de fusion des scories, même sous charge partielle.
Conformément au procédé suivant l'invention, les scories encore liquides sont entraînées totalement ou en majeure partie par les gaz chauds et sont enlevées de la chambre de combustion par les premières surfaces de chauffe par contact 10, par exemple verticales, et sont conduites vers le bas, tandis que les goutte- lettes de scories se refroidissent, durcissent et sont expulsées à la partie inférieure du collecteur de scories 11. Les gaz chauds mêmes sont déviés à température modérée autour des surfaces 12 et entrent, en 13, dans le deuxième étage de surfaces de chauffe de vaporisateur 14, où ils sont refroidis à la température nécessaire pour la surchauffe de la vapeur. 15 désigne le surchauffeur.
Les gaz chauds quittent le surchauffeur en 16 et sont amenés, par exemple, à une turbine à gaz qui entraîne la soufflerie pour
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l'air de combustion.
Les scories refroidies entre les surfaces de chauffe de va- porisateur 10 et refoulées à grande vitesse d'écoulement à travers les tuyaux, quittant ceux-ci pour la plupart à l'état finement pulvérisé. Elles peuvent alors être aisément évacuées par éclusage à l'aide de dispositifs appropriés, par exemple une vis sans fin et une roue cellulaire 17. La partie qui est soulevée par tour- billonnement est entraînée par les gaz chauds à travers l'échangeur thermique 14 vers le collecteur de cendres 18 et se précipite là, ou seulement dans un séparateur spécial de cendres, qui est dis- posé immédiatement avant la turbine à gaz.
Les scories ruisselant des parois de la chambre de combus- tion peuvent -aussi être évacuées séparément des scories entraînées par les gaz chauds. On peut par exemple ménager, autour de l'échan- geur thermique, un jeu 19 à travers lequel ces scories s'écoulent dans le collecteur de scories 20. Selon la température qu'on désire maintenir dans cet espace, les parois en sont garnies de tubes de vaporisateur 21 ou d'une maçonnerie.
De toutes les surfaces avec lesquelles les scories liquides ou pâteuses entrent on contact, seule la face frontale du côté de l'entrée de l'échangaur theiuique 10 constitue encore une sur- face de choc à laquelle des scories pourraient se fixer.
La production de fortes couches de scories est en fait impos- sible, étant donné que cette face frontale est exposée au pl'ein rayonnement avec sa plus grande étendue en profondeur, de sorte que la température est tellement élevée que les scories restant liquides et s'écoulent d'elles-mêmes vers le bas. Dans le but de pouvoir, malgré cela, permettre également la nettoyage par des moyens extérieurs, le dit espace est rendu bien accessible dans le voisinage immédiat de la face frontale de l'échangeur thermique, par exemple par l'ouverture 22. La Fig. 2 montre, à titre d'exem- ple, un dispositif de raclage 25 à l'aide duquel des scories adhé-
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rantes peuvent être détachées.
Ce même outil peut aussi conforter une soufflerie à vapeur, air ou eau, au moyen de laquelle les scories peuvent être détachées, par arrosage. Un regard 26 permet de surveiller le travail de nettoyage. L'outil 25 est formé par une tige ou un tube qui peut être librement déplacé à travers la botte à bourrage 27 et le soufflet 28. De la vapeur, de l'air ou de l'eau est amenée par le tuyau flexible 29.
On peut également établir le dispositif de raclage de manière qu'il fonctionne automatiquement. De même, les dispositifsde projection de vapeur ou d'air servant à nettoyer la face frontale peuvent être mis automatiquement en service à des intervalles déterminés. Pour se former une idée da la faible étendue des sur- faces dont les traces de scories doivent, au besoin, être enlevées, il suffit de signaler que la surface totale de la face frontale de l'échangeur thermique est inférieure à 3/4 m2, même pour des générateurs de vapeur ayant une puissance de vaporisation de 100 t/h environ, et qu'il faut encore déduire un peu plus de la moitié de cette surface comme section libre des canaux de gaz.
Pour fa- ciliter le nettoyage, on disposera avantageusement les ouvertures d'entrée des canaux aussi près que possible les unes des autres et dans un même plan.
Un tel procédé pour l'enlèvement des scories peut être utilisé non seulement dans des générateurs de vapeur, mais aussi dans d'autres applications. Il peut, par exemple, s'agir de la chambre de combustion pour une turbine à gaz fonctionnant au poussier d3 charbon, dans laquelle on utilise un échangeur thermique pour as- surer l'évacuation et le refroidissement des scories, lequel échangeur thermique produit de la vapeur auxiliaire ou sert de réchauffeur d'air. L'air à réchauffer peut être de l'air frais qui est mélangé aux gaz chauds, ou bien l'air de combustion qu'il est désirable de réchauffer à une température d'autant plus élevée que la chambre de combustion doit être chargée davantage.
Finale- ment, le dispositif proposé pour l'évacuation des scories peut e
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être utilisé dans tous les foyers dans lesquels on dispose d'une chute de pression suffisante pour imprimer une vitesse élevée aux gaz chauds et dans lesquels on peut, en outre, soustraire autant de chaleur que nécessaire pour obtenir le durcissement des scories.
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N3V.ND I CnT I ON . --ww----..¯-------.------ 1 Procédé pour l'enlèvement des scories de foyers, spécia- lement de foyers à pression pour combustibles fonçant beaucoup de scories, caractérisé en ce que la masse principale des scories est entraînée par la masse principale des gaz chauds produits dans la chambre de combustion et est conduite à travers un échangeur ther- mique qui forme une partie essentielle des surfaces de chauffe des- tinées à absorber la chaleur des gaz chauds.
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"Process for the removal of slag from hearths, especially pressure cookers for fuels forming a lot of slag"
In ordinary fireplaces using fuels which form slag or clinker, for example charcoal dust, it is a rule to burn the fuel as completely as possible in the combustion chamber and to cool the hot gases already produced there. , to such an extent that the ash particles entrained by the hot gas stream are solidified before they reach the hot gas flues, so that they can no longer adhere to the walls.
most of the ash or slag must not reach the hot gas flues at all, but must already be separated in the corabus- tion chamber and be removed from it, either in liquid state or
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after hardening, by means of granulation screens.
In the case of combustion chambers heated under pressure, these operating rules are generally not achievable. In pressure cookers, it is above all important to take advantage of the possibility of achieving as high as possible loads of the combustion chamber. We are not satisfied, for example, as in the ordinary coal dust fireplace, with thermal flows of 150,000 to 250,000 # kcal / h. and m3 of volume of the combustion chamber, but we go up to more than thirty times this load.
As a result, the radiant heating surfaces inside the combustion chamber are far no longer sufficient to remove already enough heat from the hot gases inside the combustion chamber to lower their temperature. - erasing at the slag solidification temperature.
In the pressure furnace, these extraordinarily high heat flows are made possible, not only by the increase in pressure, but much more by the intense turbulence of the fuel and air mixture, for which a considerable part of the available pressure drop can be used. This turbulence has the effect that, in the pressure hearth, the droplets of slag do not settle, as for example in the immense combustion chambers of an ordinary coal dust hearth, but rather are always raised again and entrained in vortices and remain largely suspended in the hot gases.
In the case of the pressurized furnace, it must therefore be taken into account that large quantities of slag are discharged with the hot gases and that these slags are still liquid or pasty when they reach the heating surfaces. It is therefore very likely that the heating surfaces mounted downstream of the combustion chamber will very quickly be blocked by slag.
However, extensive tests have now shown that heating surfaces can also be protected from deposits.
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of slag if these surfaces are kept sufficiently cool and if they are made smooth, if one also avoids any resistance against which the droplets of slag may collide, and if one finally passes the hot gases at very high speed along the heating surfaces, that is to say if the heating surfaces are formed by surfaces which do not present any curvature in the direction of flow and are bordered by a current parallel of hot gases flowing at very high speed.
The hot gas stream can then be conducted horizontally or downwards, provided that the speed of the hot gases is high enough to stay in suspension and entrain the slag droplets.
The present invention takes these findings into account to remove slag from combustion chambers in fireplaces, especially pressure fireplaces, and to protect flue gas flues and heating surfaces from deposit of slag. The invention relates to a process for the removal of slag from hearths, especially from pressure cookers for high-slag fuels, whereby the main mass of the slag is entrained by the main mass of the hot gases produced in the combustion chamber. combustion chamber and is conducted through a heat exchanger which forms an essential part of the heating surfaces intended to absorb the heat of the hot gases.
The heat exchanger is advantageously connected to the lower end of the combustion chamber and dimensioned such that the hot gases are cooled in this exchanger to a temperature close to the temperature of solidification of the slag. The speed at which the hot gases travel through the channels is chosen to be very high, at least 100 m / sec., So that an automatic cleaning of the channels already occurs due to the blowing action exerted by the gases.
The two figures of the attached drawing show two examples
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application of the invention, both in combination with a pressure furnace steam generator (Velox boiler). Fig. 1 shows a sectional view of a pressurized heating combustion chamber, to which a heat exchanger is connected, while FIG. 2 shows a sectional view of the lower part of such a combustion chamber.
In Fig. 1, 1 designates the coal dust burner. It receives the fuel with the primary air through several pipes 2, and the secondary air through pipe 3 which comes directly from the combustion air blower, not shown in the drawing. 4 designates the combustion chamber. It is packed by the tubes 5 which are traversed by the circulation water which enters at 6 and leaves the combustion chamber at 7, together with the steam produced.
8 wants a refractory brick radiation body to stabilize the flame. The conical end 9 of the combustion chamber can be formed by cooled sheets or it can be lined with refractory brick masonry. In all cases, a temperature which exceeds the melting point of the slag is maintained inside the combustion chamber, even under partial load.
In accordance with the process according to the invention, the slag which is still liquid is entrained totally or mainly by the hot gases and is removed from the combustion chamber by the first contact heating surfaces 10, for example vertical, and is conducted towards the low, while the slag droplets cool, harden and are expelled at the lower part of the slag collector 11. The hot gases themselves are diverted at moderate temperature around the surfaces 12 and enter, at 13, the second stage of vaporizer heating surfaces 14, where they are cooled to the temperature necessary for superheating the vapor. 15 designates the superheater.
The hot gases leave the superheater at 16 and are fed, for example, to a gas turbine which drives the blower to
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combustion air.
The slag cooled between the vaporizer heating surfaces 10 and forced at high flow velocity through the pipes, leaving most of them in the finely pulverized state. They can then be easily evacuated by sluicing using suitable devices, for example an endless screw and a cellular wheel 17. The part which is lifted by whirling is driven by the hot gases through the heat exchanger 14. towards the ash collector 18 and rushes there, or only in a special ash separator, which is arranged immediately before the gas turbine.
The slag dripping from the walls of the combustion chamber can also be removed separately from the slag entrained by the hot gases. It is for example possible to arrange, around the heat exchanger, a clearance 19 through which this slag flows into the slag collector 20. Depending on the temperature that one wishes to maintain in this space, the walls are lined with it. spray tubes 21 or masonry.
Of all the surfaces with which liquid or pasty slag comes into contact, only the end face on the side of the inlet of the heat exchanger 10 still constitutes an impact surface to which slag could attach.
The production of heavy layers of slag is in fact impossible, since this front face is exposed to the full radiation with its greatest extent in depth, so that the temperature is so high that the slag remaining liquid and s 'flow down by themselves. In order to be able, despite this, also to allow cleaning by external means, said space is made easily accessible in the immediate vicinity of the front face of the heat exchanger, for example through the opening 22. FIG. 2 shows, by way of example, a scraping device 25 by means of which slag adheres
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rantes can be detached.
This same tool can also support a steam, air or water blower, by means of which the slag can be detached, by watering. A manhole 26 makes it possible to monitor the cleaning work. Tool 25 is formed by a rod or tube which can be freely moved through stuffed boot 27 and bellows 28. Steam, air or water is supplied through flexible hose 29.
The scraping device can also be set up so that it operates automatically. Likewise, the devices for spraying steam or air serving to clean the front face can be automatically put into service at determined intervals. To get an idea of the small extent of the surfaces from which traces of slag must, if necessary, be removed, it suffices to point out that the total surface area of the front face of the heat exchanger is less than 3/4 m2. , even for steam generators with a vaporization power of approximately 100 t / h, and which still has to be deducted a little more than half of this area as the free section of the gas channels.
To facilitate cleaning, the inlet openings of the channels will advantageously be arranged as close as possible to one another and in the same plane.
Such a method for slag removal can be used not only in steam generators, but also in other applications. This may, for example, be the combustion chamber for a gas turbine operating on coal dust, in which a heat exchanger is used to ensure the evacuation and cooling of the slag, which heat exchanger produces. auxiliary steam or serves as an air heater. The air to be heated can be fresh air which is mixed with the hot gases, or the combustion air which it is desirable to heat to a temperature which is higher the more the combustion chamber must be loaded. .
Finally, the device proposed for the evacuation of the slag can e
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be used in all homes in which there is a pressure drop sufficient to impart a high speed to the hot gases and in which it is also possible to remove as much heat as necessary to obtain the hardening of the slag.
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N3V.ND I CnT I ON. --ww ---- .. ¯ -------.------ 1 Process for the removal of slag from hearths, especially from pressure cookers for fuels with heavy slag, characterized in that the main mass of slag is entrained by the main mass of hot gases produced in the combustion chamber and is conducted through a heat exchanger which forms an essential part of the heating surfaces intended to absorb the heat of the hot gases.