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Perfectionnements aux générateurs de vapeur tubulaires et aux surchauffeurs.
Cette invention se rapporte aux générateurs de vapeur tubulaires avec surchauffeurs du genre comportant un foyer, des tubes vaporisants, un parcours de flammes pour le courant latéral des gaz de combustion, allant du foyer à un passage de gaz ver- tical ou approximativement vertical, et un surchauffeur, et elle concerne plus particulièrement des dispositions avantageuses des surchauffeurs.
Un groupe générateur de vapeur et surchauffeur du genre spécifié, suivant l'invention, est caractérisé en ce que le sur- chauffeur est constitué par des tubes disposés partiellement dans le parcours de flammes et partiellement dans le passage des gaz et est disposé de manière que le flux des gaz de combustion le traverse transversalement tant dans le parcours que dans le passage de gaz, les parties des tubes du parcours s'étendant entre des limites supérieure et inférieure.
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De préférence les parties des tubes qui se trouvent dans le parcours s'étendent généralement dans une direction verticale et habituellement l'écartement entre les tronçons de tubes de surchauffeur qui s'étendent en travers du parcours est plus grand que l'écartement entre les tronçons de tubes du surchauffeur qui s'étendent en travers du passage des gaz. Dans une pareille installation, la disposition verticale des parties des tubes de surchauffeur dans le parcours contribue à maintenir les surfaces extérieures des tubes à l'état de propreté, mais si des dép8ts se forment sur les parties des tubes qui se trouvent dans le parcours, l'obstruction des espaces entre les tronçons de tubes adjacents se produira. difficilement par suite de l'écartement relativement grand des tronçons de tubes.
Les collecteurs d'entrée et de sortie du surchauffeur sont de préférence disposés sur le côté du passage de gaz opposé au parcours. On peut alors avoir accès à l'intérieur de chaque tube de surchauffeur à travers un collecteur. En outre, la dis- position permet de construire une installation moyennant une dépense relativement faible et lorsque le passage des gaz s'étend de haut en bas le surchauffeur peut être facilement établi pour pouvoir être purgé.
Ainsi qu'il est décrit ci-dessus, les parties des tubes surchauffeurs qui se trouvent dans les parcours de gaz peuvent avantageusement être exécutées en un métal de résistance relati- vement élevée à la chaleur, en vue d'obtenir un surchauffeur susceptible d'assurer une surchauffe à haute température dont la construction permet de faire une économie d'aciers spéciaux coûteux .
L'invention sera décrite ci-dessous, à titre d'exemple, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels:
Fig.l est une vue en coupe verticale d'un groupe généra- teur et surchauffeur de vapeur, Fig.2 est une vue de face fragmentaire, en coupe suivant
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la ligne 2-2 de la fig.l, représentant la disposition des tubes du surchauffeur et de l'économiseur; Fig.3 est une vue en coupe horizontale de l'un des côtés du groupe suivant la ligne 3-3 de la fig.l; et
Fig. 4 est une vue en plan fragmentaire, en coupe suivant la ligne 4-4 de la fig.l.
Le générateur de vapeur représenté sur les dessins com- prend un foyer cyclone primaire 10 d'où le combustible en igni- tion et les produits de la combustion passent dans la chambre de foyer intermédiaire 12 pour entrer dans la chambre de combustion secondaire 14. Cette construction et disposition du foyer est particulièrement propre à l'emploi de charbon pulvérisé pour l'obtention de hautes températures, la scorie étant déchargée de la sole 15 du foyer par l'ouverture de coulée 17.
Les parois du foyer et de la chambre de combustion sont constituées par des rangées de tubes vaporisants montés pour décharger la vapeur et l'eau dans un corps cylindrique de vapeur et d'eau 22, et convenablement raccordés au système de circula- tion de la chaudière, certains de ces tubes étant reliés par des conduits appropriés entre des collecteurs inférieurs tels que
26 à 29 et le tuyau de descente vertical de grand diamètre 31 étant disposé sur un côté de l'installation et relié à l'espace d'eau du corps cylindrique 22.
Dans la section à haute température du foyer qui comprend le foyer cyclone 10 et la chambre de foyer intermédiaire 12, les côtés des tubes tournés vers le-foyer sont revêtus d'une matière réfractaire non métallique résistant aux hautes températures, mainte- nuépar des éléments superficiels soudés aux tubes, mais au-dessus de cette section, et dans la chambre de combustion secondaire 14, les tubes de parois sont de préférence exposés directement aux effets de la chaleur des gaz du foyer. Les parois telles que 33 et 35, délimitées par ces tubes comportent en outre des matières # réfractaires et des matières thermiquement isolantes disposées
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sur les faces extérieures des tubes.
Comme le montre la fig.l,les gaz, à la partie supérieure de la chambre de combustion secondaire 14, tournent vers la droite et s'écoulent latéralement à travers un parcours qui ren- ferme un faisceau de tubes vaporisants 30. Comme c'est représen- tés, ces tubes raccordent directement les corps cylindriques 20 et 22 entre eux.
Au-delà du faisceau de tubes vaporisants 30p les gaz circulent sur les tronçons de tubes surchauffeurs établis dans le parcours et ensuite de haut en bas à travers le passage de gaz 32 sur d'autres tronçons de tubes surcha.uffeurs et sur les tubes de l'économiseur 34. Au-delà de l'économiseur, les gaz passent à travers les tubes de la section primaire du réchauffeur d'air 37 et continuent ensuite leur parcours sur les tubes de la section à basse température 36 de l'économiseur. A leur passage dans cette section de l'économiseur les gaz tournent pour se di- riger ensuite de bas en haut à travers les tubes de la section secondaire 38 du réchauffeur d'air, et ensuite à travers le con- duit 40 qui mène aux tubes d'une troisième section 42 du réchauf- feur d'air.
Du côté sortie des gaz de cette section du réchauf- feur d'air, les gaz passent dans la cheminée 44. Des parois appro- priées dans les parcours des gaz se combinent avec les parois du foyer et de la chambre à combustion pour assurer ce mouvement des gaz.
Du corps cylindrique de vapeur et d'eau 22, des tubes 50 mènent à un collecteur d'entrée 52 d'un surchauffeur primaire.
Des sections intermédiaires de certains de ces tubes sont juxta- posées dans un même plan pour former le ciel 54 du passage de gaz
32 et au-delà de ce ciel, des sections verticales de ces tubes contribuent à former la paroi 56. D'autres de ces tubes 50 s'éten- dent, comme c'est représenté, au-dessus du ciel 54 et ensuite verticalement pour former la suspension du collecteur d'entrée 52 .(' du surchauffeur.
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De ce collecteur 52 la vapeur passe à travers une rangée de sections de tubes de surchauffeur à boucles multiples compor- tant le faisceau tubulaire 58. De ce faisceau, les tubes passent à travers l'écran tubulaire vertical 60 et se prolongent ensuite par des parties en serpentin comportant les tronçons de tubes 62 et 68 ou 64 et 66 s'étendant verticalement en un endroit situé derrière le faisceau de tubes 30. Les tronçons de tubes 66 et 68 sont raccordés par des tronçons de tubes supérieurs horizon- taux 69 du faisceau tubulaire 58 à un collecteur 70 du surchauf- feur intermédiaire.
La vapeur peut par conséquent circuler dans le surchauffeur primaire du collecteur 52 au collecteur 70, à tra- vers les tronçons de tubes inférieurs du faisceau tubulaire hori- zontal 58, à travers le faisceau tubulaire vertical formé par les tronçons de tubes 42,64, 66 et 68 et à travers les tronçons de tubes les plus hauts 69 du faisceau tubulaire horizontal.
Du collecteur 70 la vapeur surchauffée passe à travers un conduit externe 72 dans un températeur 74 à l'intérieur du corps cylindrique 20. De ce températeur la vapeunig asse à tra- vers un conduit 76 dans le collecteur d'entrée 78 d'un surchauf- feur secondaire. Ce dernier, comme le montrent les dessins, comporte un faisceau tubulaire horizontal 80 comprenant une ran- gée de sections de tubes en serpentin à boucles multiples à tronçons de tubes successifs s'étendant horizontalement en arrière et en avant en travers du flux de gaz descendant à l'intérieur du passage de gaz 39.
Les tubes du surchauffeur secondaire s'étendent entre les tubes de l'écran 60, les parties en boucles comportant les tronçons de tubes 82 et 88 ou 84, et 86, les tronçons 86 et 88 étant raccordés par l'intermédiaire des tubes les plus hauts du faisceau tubulaire horizontal 80 au collecteur de sortie 90 du surchauffeur. La vapeur peu par conséquent circuler dans le surchauffeur secondaire du collecteur 78 au collecteur 90 à tra- vers les tronçons de tubes inférieurs du faisceau tubulaire horizontal 80, à travers le faisceau vertical formé par les tron-
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çons de tubes82, 84, 86 et 88 et à travers les tronçons les plus hauts du faisceau tubulaire horizontal. Du collecteur 90 la va- peur se rend au point d'utilisation.
De la surface totale du surchauffeur primaire, moins de la moitié est constituée par les tronçons de tubes 62, 64, 66 et 68 qui s'étendent verticalement en travers du flux horizontal des gaz du foyer. Ces tronçons de tubes verticaux sont espacés plus largement dans la direction transversale du parcours du flux de gaz que les tronçons de tubes disposés horizontalement du faisceau 58 et ils sont faits en acier de plus forte résistance à la chaleur que l'acier employé pour ces derniers tronçons de tubes. De même, les tronçons de tubes 82, 84, 86 et 88 sont es- pacés plus largement dans le sens transversal de parcours du flux de gaz que les tronçons de tubes disposés horizontalement du faisceau 80 et sont faits en acier de plus grande résistance à la chaleur que l'acier employé pour ces derniers tronçons de tubes.
Du fait que les parties des tubes du surchauffeur situées dans le parcours des gaz et par conséquent exposées à des gaz de température plus élevée ne représentent qu'une plus faible propor- tion de la surface totale du surchauffeur, la dépense addition- nelle occasionnée par l'emploi du métal plus coûteux de ces par- ties de tubes est réduite au minimum.
Le générateur de vapeur comporte aussi un économiseur présentant des tubes verticaux de refroidissement des parois 92 et 95 sur les c8tés opposés du parcours de gaz 32 qui est divisé en deux parties par des rangées de tubes verticaux 93 et 94 qui sont employées pour supporter les serpentins horizontaux de la section principale de l'économiseur 34 qui est formée de deux parties similaires disposées immédiatement 'au-dessous du faisceau tubulaire du récha.uffepr 58. Comme le représentent les dessins (fig.2) les extrémités supérieures des tubes 92 sont raccordées à un collecteur horizontal 100 et les tubes 93 et 94 sont reliés similairement à un collecteur semblable 102 disposé en un point
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intermédiaire.
Ces collecteurs de même qu'un collecteur pour les tubes 95 semblable au collecteur 100 mais situé sur le côté opposé du parcours des gaz, sont raccordés directement au corps cylin- drique de vapeur et d'eaù 22 par des circulateurs tels que 104 et
106.
L'eau d'alimentation pénètre dans les tubes de retour recourbés horizontaux de la seconde section de l'économiseur 36 par un conduit d'entrée 110, et après avoir passé dans ces tubes,, elle se rend à travers les tubes de raccordement 112 dans des collecteurs d'entrée, tels que le collecteur 114 de la section
34 de l'économiseur. L'eau circule dans un sens et dans l'autre à travers les tubes de retour recourbés de la section 34, à tra- vers les tubes verticaux de refroidissement des parois 92 à 95 pour se rendre dans les collecteurs de sortie 100 et 102, et ensuite à travers les tubes ou les circulateurs 104 et 106 dans l'espace d'eau du corps cylindrique 22.
Comme c'est représenté, la section 36 de l'économiseur est montée dans le parcours de flux de gaz entre les sections 37 et 38 du réchauffeur d'air, et l'entrée d'air aux sections 42,
37 et 38 du réchauffeur d'air se trouve au sommet de l'installa- tion comme c'est indiqué en 116 sur la fig.l. De là, l'air en- trant circule horizontalement comme c'est représenté par la flèche 118 entre les tubes verticaux de la première section 42 du réchauffeur d'air et ensuite de haut en bas dans le conduit vertical 120 pour se rendre au faisceau de tubes verticaux espa- cés de la. section intermédiaire 38 du réchauffeur d'air. L'air circule de haut en bas, autour et entre ces tubes et est guidé dans son mouvement tournant vers la gauche (fig.l) par les chi- canes angulaires 121, 122 et 123.
L'air effectue alors un nouveau mouvement tournant et circule alors de bas en haut autour et entre les tubes verticaux espacés de la section 37 du réchauffeur d'air vers une sortie 126 qui est raccordée à une chambre appropriée d'où l'air réchauffé est envoyé au brûleur du foyer primaire 10.
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La paroi 144 qui s'étend obliquement du corps cylindrique
20 vers la partie inférieure de la section 58 du surchauffeur est garnie d'une rangée de tubes qui s'étendent au-delà de la paroi dans une direction verticale pour former un écran tubulaire 60 entre le faisceau de tubes vaporisants 30 et le faisceau tubu- laire horizontal des surchauffeurs. Certains des tubes de la rangée comportent des prolongements 61 légèrement inclinés sur l'horizontale au-dessus du faisceau tubulaire 80 du surchauffeur et recourbés ensuite en sens inverse pour former une partie du ciel 54 au sommet du passage des gaz 32, les parties des prolon- gements du ciel prenant la place des tubes 50 qui forment la sus- pension verticale du collecteur 52.
Les tubes restants de la ran- gée présentent des parties 140 et 142 disposées en un écran au- dessus de la chicane, les parties de tube de rang pair par exem- ple 142 étant décalées par rapport à la disposition en rang unique afin de former le passage nécessaire pour le flux de gaz allant au parcours de gaz 32. Au-dessus de l'écran, les tubes de ce dernier passent à travers le ciel 54 et tous les tubes de la rangée sont reliés en leurs extrémités inférieures au corps cy- lindrique 20 et en leurs extrémités supérieures au corps cylin- drique 22.
A la partie supérieure du passage des gaz 32, les tubes d'admission de vapeur saturée 50 et les tubes de parois de sortie de l'économiseur 92, 93, 94 et 95 agissent efficacement pour absorber la chaleur des gaz. Certains de ces tubes jouent le rôle de tubes délimitant et supportant les parois du passage de gaz.
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Improvements to tubular steam generators and superheaters.
This invention relates to tubular steam generators with superheaters of the type comprising a hearth, vaporizing tubes, a flame path for the lateral flow of combustion gases from the hearth to a vertical or approximately vertical gas passage, and a superheater, and it relates more particularly to advantageous arrangements of superheaters.
A steam generator and superheater unit of the type specified, according to the invention, is characterized in that the superheater is formed by tubes arranged partially in the flame path and partially in the gas passage and is arranged so that the flow of combustion gases crosses it transversely in both the path and the gas passage, the portions of the tubes of the path extending between upper and lower limits.
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Preferably the portions of the tubes which lie in the path generally extend in a vertical direction and usually the spacing between the sections of superheater tubes which extend across the course is greater than the spacing between the sections. superheater tubes which extend across the gas passage. In such an installation, the vertical arrangement of the parts of the superheater tubes in the path helps to keep the outer surfaces of the tubes clean, but if deposits form on the parts of the tubes which are in the path, obstruction of the spaces between adjacent pipe sections will occur. hardly due to the relatively large spacing of the tube sections.
The inlet and outlet manifolds of the superheater are preferably arranged on the side of the gas passage opposite to the path. We can then have access to the interior of each superheater tube through a manifold. Further, the arrangement allows a plant to be constructed at relatively low expense and when the passage of gases extends from top to bottom the superheater can be easily set up to be purged.
As described above, the parts of the superheater tubes which are in the gas paths can advantageously be made of a metal of relatively high heat resistance, in order to obtain a superheater capable of overheating. ensure high temperature superheating, the construction of which makes it possible to save costly special steels.
The invention will be described below, by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 is a vertical sectional view of a steam generator and superheater unit, Fig. 2 is a fragmentary front view, in section according to
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line 2-2 of fig.l, showing the arrangement of the tubes of the superheater and the economizer; Fig.3 is a horizontal sectional view of one of the sides of the group taken along line 3-3 of Fig.l; and
Fig. 4 is a fragmentary plan view, in section taken along line 4-4 of FIG. 1.
The steam generator shown in the drawings comprises a primary cyclone hearth 10 from which the ignited fuel and combustion products pass into the intermediate hearth chamber 12 to enter the secondary combustion chamber 14. The construction and arrangement of the hearth is particularly suited to the use of pulverized coal for obtaining high temperatures, the slag being discharged from the hearth 15 of the hearth through the pouring opening 17.
The walls of the hearth and the combustion chamber are formed by rows of vaporizing tubes mounted to discharge the vapor and water into a cylindrical body of vapor and water 22, and suitably connected to the circulation system of the combustion chamber. boiler, some of these tubes being connected by suitable conduits between lower manifolds such as
26 to 29 and the large diameter vertical downpipe 31 being arranged on one side of the installation and connected to the water space of the cylindrical body 22.
In the high temperature section of the hearth which includes cyclone hearth 10 and intermediate hearth chamber 12, the sides of the tubes facing the hearth are lined with a high temperature resistant non-metallic refractory material maintained by the elements. superficial welded to the tubes, but above this section, and in the secondary combustion chamber 14, the wall tubes are preferably exposed directly to the effects of the heat of the gases from the hearth. The walls such as 33 and 35, delimited by these tubes further comprise # refractory materials and thermally insulating materials arranged
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on the outer faces of the tubes.
As shown in Fig. 1, the gases at the top of the secondary combustion chamber 14 rotate to the right and flow laterally through a path which encloses a bundle of vaporizing tubes 30. Like this is shown, these tubes directly connect the cylindrical bodies 20 and 22 to one another.
Beyond the bundle of vaporizing tubes 30p the gases circulate on the sections of superheater tubes established in the path and then from top to bottom through the gas passage 32 on other sections of superheater tubes and on the heating tubes. the economizer 34. Beyond the economizer, the gases pass through the tubes of the primary section of the air heater 37 and then continue their journey over the tubes of the low temperature section 36 of the economizer. As they pass through this section of the economizer, the gases rotate and then flow from the bottom up through the tubes of the secondary section 38 of the air heater, and then through the duct 40 which leads to the air heater. tubes of a third section 42 of the air heater.
On the gas outlet side of this section of the air heater, the gases pass into the chimney 44. Appropriate walls in the gas paths combine with the walls of the hearth and the combustion chamber to provide this. gas movement.
From the cylindrical body of steam and water 22, tubes 50 lead to an inlet manifold 52 of a primary superheater.
Intermediate sections of some of these tubes are juxtaposed in the same plane to form the sky 54 of the gas passage.
32 and beyond this sky, vertical sections of these tubes help to form the wall 56. Other of these tubes 50 extend, as shown, above the sky 54 and then vertically. to form the suspension of the inlet manifold 52. ('of the superheater.
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From this manifold 52 the vapor passes through a row of multiple loop superheater tube sections comprising the tube bundle 58. From this bundle the tubes pass through the vertical tube screen 60 and then continue in sections. serpentine comprising the tube sections 62 and 68 or 64 and 66 extending vertically at a location behind the tube bundle 30. The tube sections 66 and 68 are connected by horizontal upper tube sections 69 of the bundle tubular 58 to a manifold 70 of the intermediate superheater.
Steam can therefore circulate in the primary superheater from manifold 52 to manifold 70, through the lower tube sections of the horizontal tube bundle 58, through the vertical tube bundle formed by the tube sections 42,64, 66 and 68 and through the highest tube sections 69 of the horizontal tube bundle.
From the manifold 70 the superheated steam passes through an external duct 72 into a temperator 74 inside the cylindrical body 20. From this temperator the vapor passes through a duct 76 into the inlet manifold 78 of a superheater. - secondary source. The latter, as shown in the drawings, comprises a horizontal tube bundle 80 comprising a row of multiple-loop serpentine tube sections with successive tube sections extending horizontally back and forward across the downward gas flow. inside the gas passage 39.
The tubes of the secondary superheater extend between the tubes of the screen 60, the looped parts comprising the tube sections 82 and 88 or 84, and 86, the sections 86 and 88 being connected by means of the more tubes. tops of the horizontal tube bundle 80 to the outlet manifold 90 of the superheater. The steam can consequently circulate in the secondary superheater from the manifold 78 to the manifold 90 through the lower tube sections of the horizontal tube bundle 80, through the vertical bundle formed by the vertical tubes.
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pipe sections82, 84, 86 and 88 and through the highest sections of the horizontal tube bundle. From manifold 90 the vapor travels to the point of use.
Of the total surface area of the primary superheater, less than half is formed by the tube sections 62, 64, 66 and 68 which extend vertically across the horizontal flow of gases from the furnace. These vertical tube sections are spaced more widely in the transverse direction of the gas flow path than the horizontally arranged tube sections of bundle 58 and they are made of steel of higher heat resistance than the steel used for the latter. pipe sections. Likewise, the tube sections 82, 84, 86 and 88 are spaced more widely in the transverse direction of travel of the gas flow than the horizontal tube sections of the bundle 80 and are made of steel with greater resistance to pressure. heat than the steel used for these last sections of tubing.
Since the parts of the superheater tubes located in the gas path and therefore exposed to higher temperature gases represent only a smaller proportion of the total superheater area, the additional expense of the use of the more expensive metal of these pipe parts is minimized.
The steam generator also includes an economizer having vertical tubes for cooling walls 92 and 95 on opposite sides of the gas path 32 which is divided into two parts by rows of vertical tubes 93 and 94 which are used to support the coils. horizontal sections of the main section of economizer 34 which is formed of two similar parts arranged immediately below the tube bundle of the heater 58. As shown in the drawings (fig.2) the upper ends of the tubes 92 are connected. to a horizontal manifold 100 and the tubes 93 and 94 are similarly connected to a similar manifold 102 disposed at a point
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intermediate.
These manifolds as well as a manifold for the tubes 95 similar to manifold 100 but located on the opposite side of the gas path, are connected directly to the cylindrical body of steam and water 22 by circulators such as 104 and
106.
The feed water enters the horizontal curved return tubes of the second section of the economizer 36 through an inlet conduit 110, and after passing through these tubes, it passes through the connecting tubes 112 in inlet manifolds, such as manifold 114 of the section
34 of the economizer. The water circulates back and forth through the curved return tubes of section 34, through the vertical cooling tubes of walls 92 to 95 to the outlet manifolds 100 and 102, and then through the tubes or circulators 104 and 106 into the water space of the cylindrical body 22.
As shown, economizer section 36 is mounted in the gas flow path between air heater sections 37 and 38, and the air inlet to sections 42,
37 and 38 of the air heater is located at the top of the installation as indicated at 116 in fig.l. From there the incoming air flows horizontally as shown by arrow 118 between the vertical tubes of the first section 42 of the air heater and then up and down through the vertical duct 120 to the bundle. of vertical tubes spaced from the. intermediate section 38 of the air heater. The air circulates from top to bottom, around and between these tubes and is guided in its rotating movement to the left (fig.l) by the angular chisels 121, 122 and 123.
The air then performs a new rotating movement and then circulates from bottom to top around and between the vertical tubes spaced from section 37 of the air heater to an outlet 126 which is connected to a suitable chamber from which the heated air. is sent to the primary burner 10.
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The wall 144 which extends obliquely from the cylindrical body
20 towards the bottom of section 58 of the superheater is lined with a row of tubes which extend beyond the wall in a vertical direction to form a tube screen 60 between the vaporizing tube bundle 30 and the tube bundle. - horizontal area of the superheaters. Some of the tubes in the row have extensions 61 slightly inclined to the horizontal above the tube bundle 80 of the superheater and then curved in the opposite direction to form a part of the sky 54 at the top of the gas passage 32, the parts of the extensions - sky girders taking the place of the tubes 50 which form the vertical suspension of the collector 52.
The remaining row tubes have portions 140 and 142 arranged in a screen above the baffle, the even row tube portions e.g. 142 being offset from the single row arrangement to form the passage necessary for the gas flow going to the gas path 32. Above the screen, the tubes of the latter pass through the sky 54 and all the tubes of the row are connected at their lower ends to the body cy - the cylindrical 20 and at their upper ends to the cylindrical body 22.
At the top of the gas passage 32, the saturated steam inlet tubes 50 and the economizer outlet wall tubes 92, 93, 94 and 95 act effectively to absorb heat from the gases. Some of these tubes act as tubes delimiting and supporting the walls of the gas passage.
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