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AKTIENGESELLSCHAFT FUR TECHNISCHE STUDIEN,
ZUERICH (Suisse).
Echauffeur tubulaire de gaz. Convention internationale: Demande de brevet déposée en Suisse le 28 Mai 1945.
L'invention concerne un échauffeur tubulaire de gaz destiné notamment à des installations thermiques de force motrice dans lesquelles un fluide de travail gazeux, de préférence de l'air, doit être porté à une température plus élevée par un apport indirect de chaleur de l'extérieur.
Dans des échauffeurs de ce genre, le fluide de travail doit être chauffé à 600 -700 C et même davantage, auquel cas la température du foyer atteint une valeur élevée correspondante. Si donc on doit brûler dans l'échauffeur des combustibles contenant des scories, du charbon pulvérisé par exemple, des particules de scories liquides
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risquent de rester adhérentes aux tubes de chauffage très chauds, ce qui est extrêmement indésirable, car cela peut conduire en peu de temps à de fortes accumulations de scories dans le foyer, Les tubes de chauffage doivent aussi être protégés contre la chaleur rayonnante des gaz du foyer ;
a déjà proposé à cet effet de ramener dans le foyer une partie des gaz de combustion de manière que ceux-ci con- stituent une couche refroidissante entre les gaz du foyer et les tubes de chauffage.
L'invention a pour objet de permettre de nouvelles amélio- rations à cet égard, en faisant pénétrer dans le foyer les gaz de combustion ramenés, au moins aux endroits du foyer les plus chauds et les plus exposés, à travers des passages ménagés entre les tubes de l'échauffeur. On arrive par là à ce résultat que les gaz de com- bustion déjà refroidis, pénétrant par les dits passages,chassent des tubes les particules de scories pâteuses ou même fluide et les refroidissent, en outre, jusqu'au dessous de leur point de fusion, de sorte qu'elles se solidifient et qu'en aucun cas de la scorie liquide ne puisse se figer sur les tubes. L'application de l'inven- tion est donc indiquée lorsque le combustible brûlé dans le foyer donne lieu à la production de composants solides ou liquides (soit, par exemple, de sable quand on brûle des gaz de hauts-fourneaux).
Les gaz de combustion pénétrant par les passages maintiennent, de même, la flamme écartée des tubes, de sorte qu'aucune flammèche ne peut venir toucher les tubes. La couche de gaz de combustion qui, du fait de ses teneurs en acide carbonique et en eau, offre une bonne protection contre le rayonnement, ne peut tourbillonner sous l'effet de la turbulence des gaz de la combustion ni être surchauffée, ni être emportée en aucun endroit du foyer, car elle se renouvelle con- stamment à la surface de chauffe.
D'autre part, la nouvelle disposition selon l'invention permet d'étatlir un équilibre entre la température des parois des tubes et l'apport calorifique, par le fait que les parties froides des tubes, c'est-à-dire leurs faces opposées à la flamme, sont chauffées par les gaz de combustion ramenés dans le foyer, @
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tandis qu'au contraire, les parties chaudes des tubes sont refroidies.
De plus, la chambre de combustion ne doit être protégée que contre la température des gaz de combustion ramenés dans le foyer, et des parties de parois de cette chambre qui sont, par hasard, exposées au rayonnement et échauffées, sont refroidies par les gaz de combustion ramenés dans le foyer.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple et sous une forme simplifiée, un mode de réalisation de l'objet de l'invention; dans ce dessin, la fig. 1 représente un échauffeur de gaz, dans lequel le fluide de travail à échauffer traverse, en deux courants parallèles entre eux, une partie de l'échauffeur chauffée par rayonne- ment et une autre partie chauffée par contact, le courant tra- versant la partie chauffée par rayonnement étant de même sens que le courant des gaz du foyer et le courant qui traverse la partie chauffée par contact étant de sens inverse de ce- lui des gaz du foyer ; la fig. 2 représente une coupe par la ligne II-II de la fig. 1, dans laquelle, pour plus de simplicité, les parties de l'échauf- feur situées au-dessous de cette section n'ont pas été figurées.
Dans ces figures, 1 désigne le foyer, c'est-à-dire la chambre de combustion d'un échauffeur A chauffé avec du charbon pulvérisé, d'une installation thermique de force motrice dont le reste n'est pas représenté. Dans cette installation, de l'air faisant office de fluide de travail parcourt un circuit, au cours duquel il est amené à une pression plus élevée dans au moins un compresseur, ensuite chauffé indirectement dans l'échauffeur A par un apport de chaleur de l'extérieur, et puis détendu dans au moins une turbine qui fournit de la puissance aussi bien au compresseur qu'à un récepteur de puissance utile. De l'air est amené par une conduite 2 pour la combustion du charbon pulvérisé.
Cet air de combustion est porté à la température voulue dans un réchauffeur 4 qui est chauffé par les gaz de combustion
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sortant de l'échauffeur A, et il arrive ensuite, par une conduite 3, dans la conduite 2. La chambre de combustion 1 est garnie de tubes 5 quj sont parcourus par une partie de l'air du circuit qui doit être chauffé. Une partie de la chaleur contenue dans les gaz du foyer est cédée à ces tubes 5 de la chambre de combustion 1, principalement par rayonnement. Sortant de la chambre de combustion 1, les gaz de chauffage passent dans une deuxième chambre 6 où est disposé un système de chauffage 7 auquel les gaz de chauffage cèdent de la chaleur par contact.
L'air à chauffer dans l'échauffeur A arrive par une conduite 8 et se divise au point 9 en deux courants parallèles entre eux, dont l'un parcourt les tubes 5 dans le même sens que les gaz de chauffage et l'autre traverse le système de chauffage 7 en sens inverse des gaz de chauffage, Les deux courants parallèles ainsi chauffés se réunissent de nouveau au point 10, où ils passent dans une conduite 11 qui constitue aussi un élément du circuit que doit parcourir l'air chauffé comme on vient de l'exposer. Une partie des gaz sortant de la chambre 6, c'est-à-dire ce qu'on appelle ordinairement gaz de combustion, passe dans une conduite 12 dans laquelle est disposée une soufflante 13 qui renvoie cette partiede gaz de combustion dans le foyer 1.
Le reste des gaz de combustion débouche à l'air libre après avoir traversé la chambre 14 dans laquelle est disposé le réchauffeur 4 mentionné plus haut.
Les tubes 5 qui garnissent le foyer 1 sont disposés de manière à laisser des passages libres 15 entre eux. Les gaz de combustion refoulés par la soufflerie 13 pénètrent dans le foyer 1 par ces intervalles 15 en chassant des tubes 5 les particules de scories qui s'y trouvent, comme cela est indiqué à la fig. 2.
Au lieu de ménager, comme cela est indiqué, un passage auprès de chaque tube pour y refouler des gaz de combustion, on peut aussi les ménager seulement entre des groupes constitués par deux ou plusieurs tubes.
Pour maintenir les passages nécessaires entre les tubes ceux-ci peuvent, en cas de nécessité, être immobilisés dans leurs positions respectives par des supports-entretoises ou être fixés contre la
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paroi du foyer. Dans certains cas ces tubes peuvent aussi être reliés les uns aux autres.
Il n'est pas nécessaire que les passages entre les tubes de chauffage s'étendent sur toute la longueur de ceux-ci, car il peut déjà suffire que des gaz de combustion ramenés dans le foyer y pénètrent entre les tubes au moins aux endroits de l'échauffeur les plus chauds et les plus exposés.
L'invention est applicable à toute disposition et à toute position des tubes dans le foyer. La disposition et la direction de la flamme dans le foyer sont également sans importance pour l'essentiel de l'invention. L'invention est aussi applicable quand il ne s'agit que de tenir la flamme éloignée des tubes.
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AKTIENGESELLSCHAFT FUR TECHNISCHE STUDIEN,
ZUERICH (Switzerland).
Tubular gas heater. International Convention: Patent application filed in Switzerland on May 28, 1945.
The invention relates to a tubular gas heater intended in particular for thermal motive power installations in which a gaseous working fluid, preferably air, must be brought to a higher temperature by an indirect supply of heat from the gas. outside.
In such heaters, the working fluid must be heated to 600 -700 C and even more, in which case the temperature of the hearth reaches a corresponding high value. If, therefore, fuels containing slag, for example pulverized coal, liquid slag particles, are to be burned in the heater
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may stick to very hot heating tubes, which is extremely undesirable, as this can lead to heavy accumulations of slag in the hearth in a short time, The heating tubes must also be protected against the radiant heat of the gases from the furnace home;
has already proposed for this purpose to return part of the combustion gases to the furnace so that the latter constitute a cooling layer between the gases from the furnace and the heating tubes.
The object of the invention is to allow further improvements in this regard, by allowing the combustion gases brought back into the hearth, at least to the hottest and most exposed areas of the hearth, through passages formed between the hearths. heater tubes. This leads to the result that the already cooled combustion gases, entering through said passages, expel the pasty or even fluid slag particles from the tubes and further cool them to below their melting point. , so that they solidify and that in no case can liquid slag get stuck on the tubes. The application of the invention is therefore indicated when the fuel burnt in the hearth gives rise to the production of solid or liquid components (ie, for example, sand when burning blast furnace gases).
The combustion gases entering through the passages also keep the flame away from the tubes, so that no flame can come into contact with the tubes. The layer of combustion gas which, because of its carbonic acid and water content, offers good protection against radiation, cannot swirl under the effect of the turbulence of the combustion gases, neither be overheated, nor be washed away in any part of the fireplace, because it is constantly renewed on the heating surface.
On the other hand, the new arrangement according to the invention makes it possible to state a balance between the temperature of the walls of the tubes and the heat input, by the fact that the cold parts of the tubes, that is to say their faces opposed to the flame, are heated by the combustion gases brought back into the hearth, @
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while on the contrary, the hot parts of the tubes are cooled.
In addition, the combustion chamber must only be protected against the temperature of the combustion gases brought back into the combustion chamber, and parts of the walls of this chamber which are, by chance, exposed to radiation and heated, are cooled by the combustion gases. combustion brought back into the hearth.
The appended drawing represents, by way of example and in a simplified form, an embodiment of the object of the invention; in this drawing, fig. 1 shows a gas heater, in which the working fluid to be heated passes through, in two parallel streams, a part of the heater heated by radiation and another part heated by contact, the current passing through the part. heated by radiation being in the same direction as the current of the gas from the hearth and the current which passes through the part heated by contact being in the opposite direction to that of the gas from the hearth; fig. 2 shows a section through the line II-II of FIG. 1, in which, for simplicity, the parts of the heater below this section have not been shown.
In these figures, 1 designates the hearth, that is to say the combustion chamber of a heater A heated with pulverized coal, of a thermal power plant, the rest of which is not shown. In this installation, air acting as working fluid travels through a circuit, during which it is brought to a higher pressure in at least one compressor, then indirectly heated in the heater A by a supply of heat from l 'outside, and then expanded in at least one turbine which supplies power both to the compressor and to a useful power receiver. Air is supplied through line 2 for the combustion of pulverized coal.
This combustion air is brought to the desired temperature in a heater 4 which is heated by the combustion gases.
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leaving the heater A, and it then arrives, through a pipe 3, in the pipe 2. The combustion chamber 1 is lined with tubes 5 which are traversed by a part of the air of the circuit which must be heated. Part of the heat contained in the gas from the furnace is transferred to these tubes 5 of the combustion chamber 1, mainly by radiation. Leaving the combustion chamber 1, the heating gases pass into a second chamber 6 where a heating system 7 is arranged to which the heating gases give up heat by contact.
The air to be heated in the heater A arrives through a pipe 8 and is divided at point 9 into two parallel streams, one of which passes through the tubes 5 in the same direction as the heating gases and the other passes through the heating system 7 in the opposite direction of the heating gases, The two parallel streams thus heated meet again at point 10, where they pass through a pipe 11 which also constitutes an element of the circuit through which the heated air must travel as one just exposed it. Part of the gases leaving the chamber 6, that is to say what is usually called combustion gas, passes into a pipe 12 in which is arranged a fan 13 which returns this part of combustion gas into the hearth 1 .
The rest of the combustion gases emerge into the open air after passing through the chamber 14 in which the heater 4 mentioned above is placed.
The tubes 5 which line the hearth 1 are arranged so as to leave free passages 15 between them. The combustion gases delivered by the blower 13 enter the hearth 1 through these intervals 15, expelling from the tubes 5 the slag particles therein, as indicated in FIG. 2.
Instead of providing, as indicated, a passage near each tube to deliver combustion gases therein, they can also be left only between groups formed by two or more tubes.
To maintain the necessary passages between the tubes, they can, if necessary, be immobilized in their respective positions by spacers or be fixed against the
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fireplace wall. In some cases these tubes can also be connected to each other.
It is not necessary for the passages between the heating tubes to extend over the entire length of the latter, since it may already be sufficient for the combustion gases brought back into the hearth to enter there between the tubes at least at the places of the hottest and most exposed heater.
The invention is applicable to any arrangement and to any position of the tubes in the fireplace. The arrangement and direction of the flame in the hearth is also irrelevant to the essence of the invention. The invention is also applicable when it is only a question of keeping the flame away from the tubes.