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FOYER DE CHAUDIERE A VAPEUR.
La présente invention a pour but la construction de foyers de chaudière à vapeur permettant une charge calorifique élevée pour une bonne combustion.
Les foyers spacieux et seulement faiblement chargés utilisés jusqu'à présent étaient nécessaires à l'existence, pour la combustion com- plète des gaz, d'un trajet de combustion suffisamment long et à l'abaisse- ment suffisant de la température des gaz de combustion avant la surface de chauffe par contact pour qu'il ne se produise plus de concrétionnement des surfaces de chauffe par contacte Ce résultat a bien été obtenu dans son ensemble mais seulement au prix de moyens importantso En ce qui concerne la combustion en sois des foyers spacieux et peu chargés ne peuvent pas être considérés comme favorables. Il ne sont en général que mal utilisés et présentent de grands espaces morts qui ne sont pas utilisés à la com- bustion.
En outre, ils favorisent la formation connue de cheminées, et il est difficile.,par soufflage d'air secondaire ou par la construction de pa- rois formant chicanes ou de corps produisant des tourbillons d'empêcher au moins en partie la formation de cheminées et d9activer le mélange intime des gaz de combustion et de 1?air de combustiono Des foyers de ce genre doivent également en général être fortement refroidis, pour refroidir suf- fisamment les gaz de combustion jusqu'à 1?extrémité du foyer. La tempéra- ture de combustion est diminuée par les parois froides du foyer. En corré- lation avec le mauvais mélange, il se produit ainsi une combustion plus ou. moins fortement ralentie, qui nécessite précisément d9aussi grands trajets de combustion.
Mais du fait que la grandeur des foyers exerce une influen- ce considérable sur le prix total de 1?installation de la chaudière, on doit sgefforcer de construire les foyers de manière à obtenir une combus- tion parfaite également dans le cas de charges calorifiques élevées.
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Suivant la présente invention, on propose de subdiviser en hau- teur le foyer de chaudières à vapeur par une paroi transversale en une cham- bre de combustion et une chambre de rayonnement¯, et de disposer dans la cham- bre de rayonnement des surfaces de refroidissement constituées de panneaux de tubes disposés parallèlement au courant de'gaz? et à 1-'ombre des rayon- nements de la paroi transversaleo Pour sadapter au courant de gaz et évi- ter des coins mal exposée, la paroi transversale peut également être diri- gée obliquement vers le haut. Dans un foyer construit de cette manière, les phénomènes de combustion s'effectuent essentiellement dans la chambre de combustion du foyer.
L'influence de la chambre de rayonnement du foyer est ainsi écartéeo Dans cet espace relativement petit, des charges calorifiques élevées sont permiseso Plus la charge est élevée, plus la température de la chambre de combustion est également élevée et plus le combustible se ga- zéifie rapidement, car la gazéification du carbone augmente rapidement avec la température. Inversement, 1-'influence des surfaces de refroidissement diminue avec la surface réduite des parois de l'espace de combustiono Le courant ascendant de gaz est dévié par la paroi qui S'avance dans le foyer; il se produit ainsi des tourbillons et le mélange intime est activéo D'au- tres moyens connus en soi pour activer le mélange intime des gaz peuvent également être appliqués avec un succès notablement plus élevé dans la chambre de combustion relativement petite.
Ainsi, on peut par exemple produire des tourbillons supplémentaires par injection d'air secondaire.
Il est clair que pour une combustion presque complète, la température de la chambre de combustion au départ est très élevée et qu'el- le doit être réduite le plus rapidement possible et sur le trajet le plus court possible jusqu'au moment où les gaz de fumées atteignent les surfa- ces de chauffe par contact. Suivant la proposition de l'invention, on dis- pose par conséquent dans la chambre de rayonnement plusieurs panneaux de tubes suspendus dans le courant de gaz et dont la distance mutuelle doit être choisie suffisamment grande pour éviter avec certitude des obstructions.
Ces panneaux de tubes recevant des rayonnements des deux cotés? sont deux fois plus efficaces que les surfaces de refroidissement disposées le long ' des parois du foyer. Il n'est par conséquent pas difficile de refroidir les gaz de fumées à la température désirée, et la surface de chauffe par rayonnement peut être notablement plus petite que dans les constructions de foyer ordinaires à cause du chauffage à double face mentionné. l'ef- fet de refroidissement des panneaux de tubes est protégé de façon très im- portante du fait que la chambre de rayonnement est protégée par la paroi transversale et qu9aucun rayonnement important de chaleur ne peut prove- nir de la chambre de combustion.
Il est encore à remarquer que l'inven- tion peut également s'appliquer de la même manière à des foyers parcourus par les gaz de combustion de haut en bas. Dans ce cas, la chambre de combustion se trouve au-dessus de la chambre de rayonnement.
La construction proposée du foyer est particulièrement avanta- geuse dans les foyers mécaniques., quand on dispose la paroi transversale de manière qu'elle s'élève de l'arrière vers 1-lavant. Dans ce cas le cou- rant de gaz qui monte de la grille est conduit vers l'avant au-dessus du combustible fraîchement introduit, ce qui accélère l'inflammation. Sui- vant la proposition de l'inventions il est possible d'arriver à un résul- tat avec des hauteurs de construction très petites. Ceci est particulière- ment avantageux dans le cas ou? pour la construction d'une nouvelle instal- lation de chaudière, on ne dispose que d'un hall de chaudières de faible hauteur.
Une modification de foyers suivant la proposition de l'invention est également possible sur des installations existantes.
Pour la réalisation de l'idée de l'invention, il n9est d'au= cune importance que la paroi transversale consiste en une surface unique ou bien qu'elle soit interrompue une ou plusieurs fois. Il est seulement essentiel de protéger les panneaux de tubes se trouvant derrière elle dans le sens du mouvement des gaz.
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-Il est avantageux que la paroi transversale soit construite en tubes refroidis,pour des raisons de stabilité, sans qu'il ne soit exclu, particulièrement dans le cas d'utilisation de combustibles de peu de valeur, de revêtir la paroi transversale de matériaux réfractaires du côté de la chambre de combustion pour augmenter la température de combustion.
La réalisation du but de l'invention est considérablement faci- litée lorsque l'agent de refroidissement traverse les tubes en circulation forcée, car dans ce cas aucune restriction de construction n'existe pour te- nir compte de la circulationo
L'invention est expliquée avec plus de détails en se référant aux exemples de réalisation suivant les figures 1 à 90
Sur la figure 1, on représente le foyer d'une chaudière à mar- che forcée, chauffée au charbon pulvérisée au gaz ou à l'huile.
La figure 2 représente une coupe à travers la partie supé- rieure du foyer. Le foyer 1 peut être refroidi de tous les cotés. Dans le foyer 1 s'avance une paroi transversale 2 étanche aux gaz formée de tu- bes de refroidissement, qui subdivise le foyer 1 en une chambre de combus- tion inférieure 3 et une chambre de rayonnement supérieure 4. Dans la chambre de rayonnement 4 sont disposes, derrière la paroi transversale 2, des panneaux de tubes 5, qui, comme le montre la figure-2, sont parallèles l'un à l'autre dans le courant de gaz.
Dans la chambre de rayonnement 4 est encore prévue une paroi formant chicane 60 Grâce à la paroi trans- versale 2 qui dans ce cas s'élève de l'arrière vers l'avant, on arrive à ce que les phénomènes se produisant dans les deux chambres ne soient pas influencés l'un par 1-'autre. Tandis que dans la chambre de combustion 3, on ne dispose le long des parois qu'un nombre relativement petit de sur- faces de refroidissement ne recevant de radiations que d'un seul côté, il existe dans la chambre de rayonnement 4 un grand nombre de surfaces de refroidissement sous forme de panneaux de tubes chauffés des deux côtés et suspendus dans le courant de gaz. La température de combustion ne peut cependant pas influencer ces surfaces de refroidissement à cause de la pa- roi transversale 2.
Inversement, par le passage des gaz à travers la cham- bre de rayonnement 49 dans laquelle on s'efforce dobtenir un refroidisse- ment des gaz aussi rapide que possible, aucune radiation de chaleur ne peut provenir de la chambre de combustion 3. Par la séparation des deux chambres, le rôle de chaque chambre est ainsi accru. De la chambre de rayonnement 4,, les gaz de fumée passent horizontalement sur les surfaces de chauffe par contact, dont on ne représente ici qu'une surface de chauf- fe d'évaporation 7.
Par la déviation des gaz de fumée dans la chambre de rayonne- ment 4 au moyen de la paroi formant chicane 6, on sépare des matières étrangères qui peuvent être enlevées par le canal 8.
L'exemple de construction suivant la figure 3 représente une chaudière à marche forcée du genre de construction à tirage unique et com- bustion au charbon pulvérisé dans les coins. Le foyer est à nouveau sub- divisé en une chambre de combustion 3 et une chambre de rayonnement 4. La chambre de combustion est rétrécie à la partie supérieure par des parois de tubes proéminentes 9 qui peuvent faire partie du revêtement mural 10.
Au-dessus de l'ouverture de sortie est disposée une paroi de tubes 11 en forme de toit qui protège, en même temps que les parois de tubes 9, la cham- bre. de rayonnement 4 contre les radiations de flammes provenant de la cham- bre de combustion. Derrière les parois de tubes 9 et 11, sont à nouveau disposés parallèlement au courant de gaz,, des panneaux de tubes chauffés des deux côtés; pour obtenir un refroidissement rapide des gaz. Il est avantageux de disposer les tubes de refroidissement des parois 10 à une certaine distance de la paroi 12 de manière qu'il existe entre la paroi et
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les tubes de refroidissement'1 un espace intermédiaire 13 suffisamment grand pour que des dépôts puissent tomber dans la trémie aux cendres 14.
Evidemment, les tubes de refroidissement 10 doivent être disposés de maniè- re étanche aux gaz, par exemple par soudure directe des tubes ou bien enco- re en disposant des tôles derrière eux. Il est clair que l'enlèvement de dépôts est favorisé s'il règne dans l'espace intermédiaire 13 un courant de gaz dirigé vers le bas. Pour aboutir à ce résultat, on peut injecter dans l'espace intermédiaire 13 de 1?air secondaire par des tuyères 15 dirigées vers le bas, de manière que de petites quantités de gaz s'écoulent vers le bas par aspiration. à 1?aide de 19 air secondaire, on obtient également un refroidissement de la trémie aux cendres 14.
En outre, par suite du mouve- ment giratoire de la colonne de gaz dans le foyer,cet air est aspiré vers le centre du foyer, c'est-à-dire précisément en un endroit où, suivant l'expérience, Pair fait défaut. L'invention supplique également sans plus à des chaudières à vapeur chauffées au gaz ou à l'huile.
Un autre exemple de construction d'une chaudière chauffée au charbon pulvérisé est représenté sur la figure 4. La construction de la chaudière à vapeur est en forme d'U avec flamme dirigée vers le bas. La paroi transversale 16 subdivise le foyer de la chaudière à vapeur en une chambr.e de combustion supérieure 17 et une chambre de rayonnement inférieu- re 18.
La paroi transversale 16 joue dans cet exemple un rôle multipleo Comme dans les exemples précédents, elle protège., contre les rayonnements provenant de la chambre de combustion 17, les panneaux de tubes parallèles 18 disposés dans la chambre de rayonnemento Du fait que la flamme atteint la paroi transversale directement d'en haute il s'y dépose des particules de cendres qui, pour une hauteur de couche suffisante, doivent arriver à fondre et s'égouttent de la paroi transversale.
Ces gouttes de scories tombent à travers la chambre de rayonnement 18 et se solidifient pendant leur chute entre les panneaux de tubes qui y sont disposés et aboutissent sous forme de grains dans la trémie à scories 14. Du fait qu'une grande partie de la poussière fine reste collée à la paroi transversale., puis fond et arrive à se solidifier sous forme de gouttes plus lourdes et plus grosses, la séparation d'une partie considérable de la poussière n'offre aucune difficulté. Le rayonnement de chaleur des gouttes de scories étant notablement plus grand que le rayonnement de la couche de gaz qui l'entou- re, elles se refroidissent rapidement.
En outre, il est possible sans plus, d'activer la solidification des gouttes de scories pendant leur chute par des mesures constructives. On peut par exemple choisir à ces endroits la distance entre les panneaux de tubes particulièrement faible ou bien aussi y injecter de l'air de refroidissement. Il est également possible de sépa- rer le trajet de chute des gouttes du courant de gaz principal et de les refroidir intensément à part. Comme le montre la figure 4, l'espace en- tier d'inversion des gaz peut servir de chambre de rayonnement 18 et ces gaz s'écoulent alors dans un canal 19 dirigé vers le haut entourant les surfaces de chauffe par contact.
Il faut encore mentionner que la paroi transversale 16 peut aussi avoir une autre forme quelconque, par exemple une forme d'augeo Comme les scories fondues se solidifient lors de l'arrêt de la chaudière., elles forment lors de la remise en marche une surface de radiation qui facilite l'allumage et le démarrage de la chaudière à vapeur à la manière des tables d'ignition connues. Il peut être avantageux de re- couvrir la face supérieure de la paroi transversale de matières réfractai- res, par exemple de minerais de chrome.
La proposition de l'invention offre des avantages particuliers dans le cas de chaudières à vapeur à grilles mécaniques. La figure 5 repré- sente une chaudière à marche forcée à foyer à grille mécanique. La paroi transversale 2 subdivise le foyer 1 en une chambre de combustion 3 et une chambre de rayonnement 4. Derrière la paroi transversale 2 sont disposés de nouveau des panneaux de tubes 4 dans le courant de gaz dans la chambre de rayonnemento Les gaz de fumées traversent alors un canal horizontal dans lequel sont disposées les surfaces de chauffe de contact 7. La distance
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entre la paroi transversale 2 et la surface de la grille a uné grandeur tel- le que la combustion sur la grille n'est pas influencée de façon notable.
Pour un bon allumage, le-rayonnement de chaleur de la couche de gaz est es- sentiel mais n'augmente plus de façon notable quand l'épaisseur de la couche dépasse 2 à 3 mo Il est avantatageux que les gaz de combustion soient di- rigés en avant au-dessus du combustible frais qui entre,, et favorise ainsi l'allumage.
La figure 6 représente un exemple de,construction dans lequel les surfaces de chauffe de contact 7 sont disposées dans un canal verticale dans lequel les gaz de fumées pénètrent par le bas. Il a déjà été mentionné que dans des chambres de combustion relativement petites, fortement chargées, des mesures peuvent être prises plus aisément et avec un meilleur effet pour empêcher la formation de cheminées,, Dans l'exemple représenté., on injecte de l'air secondaire par le haut dans la chambre de combustion 3. La tuyère à air secondaire est disposée de manière que le jet d'air atteigne la par- tie antérieure de la grilleo Par l'aspiration produite par le jet, des gaz chauds sont aspirés et mélangés à l'air secondaire et mis en contact du combustible frais.
Gomme on le montre sur la figure 6, on peut produire un tourbillon par l'injection d'air secondaire et ce tourbillon amène les gaz chauds au-dessus de la grille. De ce fait, la formation de cheminées est empêchée avec succès et en même temps, la gazéification du combustible est accélérée. Il se produit à nouveau dans la chambre de rayonnement 4 un refroidissement rapide des gaz par le panneau à tubes 5.
Comme le montrent les figures 7 et 8, il est également possi- ble que les tubes de la paroi transversale 2 soient disposés perpendicu- lairement à l'axe longitudinal de la chaudière à vapeur. Les tubes de re- froidissement peuvent être recourbés de telle sorte que la paroi transversa- le 2 recouvre une partie de la grille à la manière d'une coiffe. Derrière la paroi transversale se trouvent de nouveau les panneaux de tubes 5 pro- tégéso Dans cette construction, des matières étrangères séparées des gaz de fumées peuvent être recueillies dans des poches latérales 20 et être enlevéeso Mais il est également possible d'aspirer le dépôt des poches 20 au moyen d'air secondaire et de l'injecter à nouveau sur la grille.
Ce mo- de opératoire doit être particulièrement recommandé quand les dépôts ren- ferment encore beaucoup de coke fin. Par l'injection latérale d'air, on obtient en outre une formation de tourbillon, de sorte que les gaz de com- bustion sont obligés par choc de s'étaler sur la grille en sens inverse du mouvement du combustibleo
L'invention n'est pas seulement limitée aux chaudières à vapeur fixes, mais peut également être appliquée à des installations mobiles. Dans l'exemple suivant la figure 9, on représente le foyer d'une chaudière de lo- comotive à tubesdans laquelle l'agent de travail est renne au moyen d'une pompe non représentée. Un foyer à charbon pulvérisé sert au chauffage de la chaudière.
On injecte de la poussière de charbon et de Pair de combus- tion dans la chambre de combustion par le brûleur 21. La chambre de combus- tion 3 est séparée de la chambre de rayonnement 4 par la paroi à tube 2 qui s'élève obliquement de l'arriève vers l'avant. Des panneaux de tube 5 sont disposés dans la chambre 4 et servent à refroidir les gaz de fumées à tel point qu'aucun encrassement des surfaces de chauffe de contact 7 qui suivent n'est plus à craindreo D'autres surfaces de chauffe de contact sont dispo- sées à la suite des surfaces de chauffe de contact 7.
Les panneaux de tubes 5 sont à nouveau formés d'un ruban de tu- bes repliés en serpentin, mais les branches de tubes individuelles sont re- liées aux tubes de la paroi transversale 2.
-Au lieu de surfaces de chauffe de contact, on peut également prévoir une chaudière à tubes de fumées de construction usuelle; il est également possible de construire après coup la paroi transversale proposée
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ainsi que les panneaux de tubes dans un foyer existant.
REVENDICATIONS.