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GENERATEUR DE VAPEUR., DONT LES TUBES VAPORIS'ANTS GARNISSENT LES PAROIS
INTERNES DE-LA CHAMBRE DE COMBUSTION.
L'invention se rapporte à un générateur de vapeur, dont les tubes vaporisants garnissent intérieurement les parois de la chambre de combustion et dont les tubes servant à la surchauffe de la vapeur sont disposés dans le parcours des gaz de combustion à l'extrémité supérieure de la chambre de com- bustiono
Il est difficile dans ces générateurs de vapeur, d'amener tant lors de la production de grandes quantités de vapeur que lors de la produc- tion de faibles quantités de vapeur, les gaz de combustion au surchauffeur à une température suffisamment élevée pour que dans toutes les conditions de la charge le générateur de vapeur fournisse la vapeur à des températures approximativement uniformes.
Cette difficulté se présente particulièrement pour la combustion de charbon pulvérisé dans le générateur de vapeur, car il faut en tout cas empêcher que les cendres contenues dans le charbon ne puissent s'agglutiner sous forme de scories sur les tubes de surchauffeur, en réduisant ainsi la transmission de chaleur des gaz de combustion à la vapeur et en donnant lieu à d'autres perturbations dans le service du générateur de vapeur.
Lorsque les gaz de combustion rencontrent les tubes du surchauf- feur il faut par conséquent que leur température ne soit plus assez élevée pour maintenir les cendres à l'état pâteux ou liquide.
Si dans les générateurs de vapeur de construction habituelle, on détermine la grandeur de la surface de chauffe, c'est-à-dire la longueur du système tubulaire du surchauffeur aménagé derrière la chambre de combus- tion de telle manière que lors de la fourniture des quantités maxima de va- peur le générateur débite la vapeur à la température désirée, les gaz de
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combustion n'atteindront le surchauffeur, lors de la fourniture de plus fai- bles quantités de vapeur et par conséquent de la combustion de plus faibles quantités de combustible, qu'à une température tellement basse qu'il ne four- nira plus la vapeur à la température désirée, mais à une température considé- rablement plus faible.
Par contre, si l'on calcule la surface de chauffe du surchauffeur de façon qu'elle soit suffisante, lors de la fourniture de pe- tites quantités de vapeur, pour livrer la vapeur à la température voulue, le débit se ferait, lors de la fourniture des quantités maxima de vapeur, à une température tellement élevée que la vapeur serait inutilisableo
L'emploi de refroidisseurs supplémentaires, dans lesquels la va- peur après une surchauffe partielle est refroidie suffisamment pour qu'après la surchauffe complémentaire, elle présente la température désirée, a permis, même en cas de chauffage variable de la chaudière, de maintenir la tempéra- ture de la vapeur uniforme.
Toutefois, ce résultat n'est obtenu que lorsque l'allure du feu et par conséquent le débit de vapeur du générateur de vapeur ne varient qu'entre des limites relativement peu étendues, et seulement après une dépense notable pour l'installation de refroidissement.
Un autre moyen connu consiste à employer des brûleurs oscillants à l'aide desquels le charbon pulvérisé est brûlé à une grande distance de l'extrémité de la chambre de combustion pendant les périodes de forte charge de la chaudière et à une plus petite distance de cette extrémité de la cham- bre de combustion lors des faibles charges, et de telle manière que les gaz de la combustion transmettent proportionnelement plusou moins de chaleur aux tubes vaporisants de la chambre de combustion et atteignent par consé- quent le surchauffeur à des températures différentes. Toutefois, on n'arrive à maintenir ainsi une température uniforme de la température de la vapeur surchauffée que si l'allure du feu du générateur de vapeur ne varie qu'en- tre des limites relativement rapprochées.
Il est également usuel de placer les tubes d'un surchauffeur de vapeur devant les parois de la chambre de combustion, ou encore sous for- me de chicanes à l'extrémité de la chambre de combustiono Lorsqu'on brûle de faibles quantités de charbon pulvérisé, ces surchauffeurs soumis au rayonne- ment de la flamme ont la propriété de donner lieu à une surchauffe trop éle- vée de la vapeur, lors de la fourniture de grandes quantités de vapeurLe couplage d'un pareil surchauffeur de vapeur chauffé par rayonnement avec un surchauffeur de vapeur qui n'est chauffé que par contact avec les gaz de combustion dans le parcours des gaz et dans le courant de vapeur,
permet de compléter les caractéristiques différentes du surchauffeur par rayonnement et du surchauffeur par contact pour obtenir une température finale approxi- mativement constante de la vapeur complètement surchauffée, mais ce couplage compensateur ne permet également d'obtenir une température uniforme de la vapeur surchauffée que sur une gamme peu étendue de puissances variables du générateur de vapeur.
L'invention a pour but d'obtenir une température constante de la vapeur pour de grandes différences de l'allure du feu, afin de pouvoir u- tiliser des groupes générateurs de vapeur de grandes capacités dans les cen- trales de pointeso Dans ce but, suivant la présente invention, on munit la chambre de combustion de brûleurs à charbon pulvérisé à tuyères orientables, on dispose dans le tirant des gaz de combustion, au-dessus des tuyères de brûleurs une section de surchauffeur de vapeur, dont les cloisons tubulai- res distantes l'une de l'autre de 50 centimètres au moins constituent des chi- canes dans le courant des gaz de combustion, et on place une section de sur- chauffeur de vapeur à cloisons tubulaires plus rapprochées l'une de l'autre en aval du surchauffeur formant chicanes dans le tirant des gaz de combustion et en amont dans le circuit de vapeur=
En outre,
suivant l'invention, l'orientation des tuyères de brûleurs est de préférence commandée automatiquement en fonction de la tempé- rature de la vapeur débitée par le générateur de vapeur
Lors d'une réduction de l'allure du feu du générateur de vapeur, la position des tuyères de brûleurs n'est par conséquent modifiée que lorsque
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les caractéristiques distinctives du surchauffeur par rayonnement et du sur- chauffeur par contact ne suffisent plus à maintenir la température de la va- peur débitée constante. Il est donc indispensable de régler l'orientation des tuyères de brûleurs de manière qu'elles soient dirigées le plus possible vers le haut lorsque le générateur de vapeur doit être mis en service.
On obtient par le nouveau système de compensation une sécurité beaucoup plus grande du fait qu'aucune particule pâteuse ou liquide de scorie ne rencontre les surfa- ces de chauffe du surchauffeur et ne peut nuire à la transmission de chaleur ni au .réglage des tuyères de brûleurs.
Le dispositif qui fait l'objet de l'invention est représenté en détail sur les dessins annexés, dans lesquels
Fig. 1 montre un générateur de vapeur en coupe transversale suivant la ligne a-b de la Fig. 2.
Fig. 2 représente le surchauffeur par rayonnement et le sur- chauffeur par contact en coupe suivant la ligne a-b de la Fig. 1.
Fig. 3 est une vue en coupe suivant la ligne c-d de la Fig. 1 des brûleurs orientables qui sont disposés dans les angles de la chambre de foyer.
Fig. 4 est une coupe verticale à plus grande échelle d'un jeu typique de brûleurs pour un combustible convenant spécialement à un généra- teur de vapeur suivant la Fig. 1.
Figs. 5a, 5b, 5c sont des vues qui montrent comment les brûleurs orientables doivent être établis et comment la zone de combustion peut être amenée à leur intervention à la partie inférieure,à la partie médiane ou à la partie supérieure de la chambre de combustiono
Figo 6 est un diagramme indiquant les températures que les gaz de combustion sortants doivent avoir pour surchauffer à environ 550 C la vapeur de ce générateur de vapeur, malgré de grandes différences dans les quantités de vapeur fournies.
La chambre de combustion 1 du générateur de vapeur suivant les Figs. 1, 2 et 3 est entourée par la paroi avant 2, la paroi arrière 3 et les parois latérales 4 de ce dernier et par les tubes à circulation d'eau 6 dis- posés devant ces parois.
Au-dessus du fond de la chambre de combustion les tubes 6 des parois avant et arrière forment des surfaces 5 inclinées vers l'intérieur.
Les tubes 6 des deux parois latérales 4 descendent jusqu'à la partie infé- rieure des surfaces inclinées 5 et constituent avec celles-ci une trémie pour recevoir et évacuer les cendreso Les tubes 6 de la paroi avant 2 s'éten- dent vers le haut et y sont raccordés au corps cylindrique D où la vapeur en- gendrée se sépare de l'eau. Quelques tubes désignés par 6' de la paroi arriè- re 3 s'étendent en leur partie supérieure transversalement en travers de l'extrémité 7 de la chambre de combustion pour se rendre ensuite au corps cy- lindrique Do Les tubes 6' de la paroi arrière sont séparés les uns' des autres par une grande distance de 470 à 600 mm. par exemple.
Les tubes restants 6" et 6'" de la paroi arrière s'élèvent le long des parties supérieures de la paroi arrière, puis le long du ciel 8 et sont ensuite raccordés au corps cy- lindrique D. Les parties supérieures 6', 6" et 6'" des tubes de la paroi arrière forment ainsi une cage autour de l'espace 9 qui se trouve au-dessus de la chambre de combustiono Les tubes 6 sont raccordés à leur partie infé- rieure à des collecteurs 10 qui reçoivent l'eau du corps cylindrique D par des tubes non représentés. Les brûleurs 11 sont installés dans la zone infé- rieure de la chambre de combustion 1 au quatre angles de celle-ci.
Ils in- troduisent le combustible et l'air sous forme de jets dirigés tangentielle- ment à un cylindre imaginaire situé à l'intérieur de la chambre de combus- tion, comme le montre la Fig. 3. D'autres dispositions peuvent toutefois ê- tre adoptées pour les brûleurs pour brûler du charbon pulvérisé, de l'huile, du gaz ou des combustibles analogueso Vu dans le sens vertical, le jet qui sort de chacun des brûleurs 11, peut être orienté vers le sommet 7 de la chambre de combustion, de manière que la majeure partie du combustible brû-
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le à proximité de la sortie de la chambre de combustion, comme le montre la Figo 5c.
Les brûleurs peuvent aussi être orientés horizontalement, de manière que la majeure partie du combustible brûle à plus grande distance du sommet de la chambre de combustion, comme c'est représenté sur la Fig.
5b. Si les brûleurs sont orientés vers le bas comme le montre la Fige 5a, la zone principale de combustion se trouve alors à la distance maximum du sommet de la chambre de combustiono La Fig. 4 montre une forme d'exécution des brûleurs permettant de brûler du charbon pulvérisé dans la chambre de combustion. Les brûleurs comportent des chambres à air 12, dont les côtés sont pourvus de lumières d'admission ou de conduits qui leur amènent l'air.
Sur la Fig. 3 les raccords sont désignés par 13; les brûleurs suivant la Fig. 4 comportent six chambres à air 12, dont celles du dessus et du des- sous n'amènent de l'air qu'aux tuyères directrices qui introduisent l'air dans la chambre de combustiono Dans chacune des deuxième et cinquième cham- bres à air débouche un tuyau 15 pour l'amenée du charbon pulvérisé. Le tuyau 15 est prolongé par une pièce intercalaire 16, pour amener le combus- tible du tuyau 15 dans-l'embouchure 17 du brûleur. Les troisième et quatriè- me chambres 12 sont pourvues chacune d'un tuyau 18 dans lequel s'étend une conduite à huile reliée à une embouchure ou tuyère de brûleur 19 d'où de l'huile est injectée dans la chambre de combustion pour l'allumage du char- bon pulvérisé. Les tuyères de brûleurs 17 peuvent avoir une section trans- versale rectangulaire.
Elles sont entourées par une tôle de guidage tubu- laire 20 pour l'amenée d'air. Elles sont orientables autour de pivots dont les paliers horizontaux 21 sont établis sur les parois latérales des cham- bres à air 12 ou sur les pièces intercalaires 16.
Les tuyères à air 14 peuvent également être de section rectan- gulaire et être établies de manière à être orientables dans un plan verti- cal autour de pivots montés dans des paliers horizontaux. Les embouchures 19 sont disposées à l'intérieur de pièces de guidage d'air 22. Leurs envelop- pes internes présentent des plaques inclinées pourvues de trous 23. Elles peuvent être orientées dans un plan vertical sur des pivots qui sont montés dans des coussinets horizontaux 21, les pivots étant fixés aux parois en re- gard de la conduite d'air près de l'extrémité des tuyaux 18. Lorsqu'on fait pivoter les embouchures des tuyères à combustible, à huile et à air 17,19 et 14 de manière à les orienter vers le haut ou vers le bas, elles projettent les jets de combustible et d'air vers le haut ou vers le bas.
La répartition de l'air au-dessus et au-dessous des jets de combustible qui sortent des em- bouchures des tuyères à combustible 17 et 19, reste alors symétrique quelle que soit la position des embouchures de tuyères.
Pour provoquer le mouvement d'orientation de chacune des tuyères de brûleurs représentées 17,14 et 19, on emploie une tige 24 qui est arti- culée à la tôle d'extrémité de la tuyère et dont le prolongement 25 est re- lié à une manivelle qui est actionnée à son tour par une tringle verticale d'orientation 27 pour régler l'orientation des brûleurs.
Un déplacement de la tringle 27 vers le haut oriente toutes les tuyères de brûleurs 17, 14 et 19 de haut en bas autour de leurs coussinets 21, tandis qu'un mouvement de la tringle vers le bas fait pivoter toutes les tuyères vers le haut. Pour produire ces mouvements, il est fait usage sui- vant la Fig. 4 d'un moteur 28. Ce moteur d'orientation 28 attaque un engre- nage réducteur 29 et fait ainsi tourner le bras 30 à l'aide duquel la biel- le de connexion 31, qui est reliée à l'extrémité inférieure de la tringle d'orientation 27, est actionnée. Chacun des brûleurs 11 peut être actionné par un moteur indépendant 28. Toutefois le mouvement d'orientation peut aus- si être transmis aux quatre brûleurs par un seul moteur au moyen de trans- missionsmécaniques qui ne sont pas représentées ici.
Un surchauffeur par rayonnement S est disposé à l'intérieur de la chambre 9 et au-dessus de la chambre de combustion 1. Il comporte plusieurs chicanes à serpentins séparées l'une de l'autre par de larges espaces inter- médiaires, chaque chicane étant constituée de plusieurs tubes parallèles 32, situés à l'intérieur d'un plan de rayonnement et dont les extrémités sont reliées par des coudes de telle sorte que la vapeur les parcourt en série.
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Chaque chicane est raccordée à un collecteur d'entrée 34 et à un collecteur de sortie 35Entre les différentes chicanes se trouve un intervalle relati- vement large, dont la grandeur est de préférence à peu près égale à l'inter- valle entre les tubes 6' de la paroi arrière 3 qui s'étendent en travers de la sortie de la chambre de combustion, de telle sorte que cette disposition des tubes de paroi 6' peut servir d'écran protecteur aux coudes inférieurs 33.
En outre, le générateur de vapeur est pourvu d'un surchauffeur par contact composé de deux sections Cl et C2 et dans lequel les gaz de com- bustion pénètrent après avoir quitté le surchauffeur par rayonnement S.
Le surchauffeur par contact Cl - C2 peut, au point de vue de la construction, être fort semblable au surchauffeur par rayonnement S, sauf que le courant de gaz le parcourt perpendiculairement aux tubes parallèles des serpentins du surchauffeur et que l'espace intermédiaire entre les tu- bes est notablement plus petit. La vapeur est amenée du corps cylindrique D par le tuyau 36 au.collecteur d'entrée 37 de la section C1, du surchauf- feur et est ensuite envoyée par cette première section C1 au collecteur de sortie 38, d'où elle arrive par le tuyau 39 dans le collecteur d'entrée 34 du surchauffeur par rayonnement S. Le collecteur de sortie 35 de ce dernier sert de collecteur d'entrée à la section C2 du surchauffeur. La vapeur sur- chauffée quitte la section C2 du surchauffeur par le collecteur de sortie 40.
Entre les sections C2 et Cl du surchauffeur on peut placer dans le tirant des gaz de combustion un surchauffeur intermédiaire Ro Toute formation de scories sur la surface des tubes du surchauffeur à chicanes S peut être a- menée à un état propre à la désagrégation, lorsqu'on oriente les brûleurs 11 comme c'est représenté sur les Figs. 5a - b - c.
En dehors des avantages déjà cités, le surchauffeur par rayon- nement S présente 'encore, lorsqu'il est employé, dans le même groupe géné- rateur de vapeur, en combinaison, comme c'est représenté ici, avec un sur- chauffeur par contact 10, l'avantage de pouvoir maintenir constante la tem- pérature de la vapeur après le surchauffeur, sur une gamme de charges éten- due, en modifiant dans une mesure relativement faible la position des brû- leurs. La combinaison considérée permet par conséquent aussi de maintenir la température de la vapeur surchauffée constante sur une gamme de charges beaucoup plus étendue que lorsqu'on emploie seulement le brûleur orientable sans le montage en série d'un surchauffeur par rayonnement réparti dans le parcours des gaz d'échappement avec un surchauffeur par contact.
Lorsqu'on modifie l'orientation des brûleurs, la transmission de chaleur au surchauffeur par rayonnement S change beaucoup plus vite que la transmission de chaleur au surchauffeur par contact Cl - C2. Pour une quantité donnée de combustible brûlé par les brûleurs 11, une modification de l'orientation de ces derniers n'a d'autre effet sur le surchauffeur par contact que de provoquer pour une même production de vapeur un changement de la température des gaz de combustion qui circulent sur le surchauffeur.
Ceci est représenté sur la Fig. 6 par les courbes 41, 42, 43 et 44. Toutefois, l'effet exercé sur le surchauffeur par rayonnement S ne résulte pas seule- ment de ces variations de température, mais il est dû plutôt à la faible distance de la flamme au surchauffeur S. Si, comme le montrent les Figs. 5 a, b, c, la distance entre la flamme et le surchauffeur S est réduite de moitié, ce qui se produit lorsqu'on oriente les brûleurs 11 vers le bas, la transmission de chaleur au surchauffeur devient alors environ quatre fois plus grande. Ceci concorde avec la loi générale d'après laquelle la trans- mission de chaleur par rayonnement varie inversement au carré de la distan- ce entre la source de chaleur et la surface réceptrice.
Il en résulte que la réaction du surchauffeur S est extrêmement rapide lors d'un changement de l'orientation des brûleurs 11. Par conséquent, la température de la vapeur qui circule dans les surchauffeurs par rayonnement et par contact couplés de la manière décrite ici, peut être réglée entre des limites de charge beau- coup plus étendues que lorsque la vapeur ne circule que dans un surchauffeur par contact.
On peut s'en rendre compte particulièrement par l'examen de la Figo 6 qui indique d'une manière approximative en % du débit de vapeur d'une
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installation de production de vapeur, les températures des gaz de combus---- tion à l'issue de la chambre de combustion pour différentes charges lorsque le foyer est équipé de brûleur orientables du genre représenté en 11 sur les Figs. 1 et 3. Les courbes 41, 42 et 43 indiquent les températures typiques des gaz de combustion à l'issue de la chambre de combustion lorsque les brû- leurs orientables sont dirigés vers le haut, conformément à la Fig. 5C, hori- zontalement conformément à la Figo 5b ou vers le bas, conformément à la Fig.
5a, et lorsque le débit de vapeur de la chaudière varie de 100 % de la plei- ne charge à 40 % de la pleine charge. La courbe 44 montre les' températures que les gaz de combustion doivent avoir à la sortie de la chambre de combus- tion pour obtenir une température constante de la vapeur, lorsqu'il est fait usage uniquement d'un surchauffeur par contact pour une gamme de charges donnéeo Dans les conditions spéciales considérées ici, la zone sur laquelle l'orientation des brûleurs 11 assure une surchauffe pratiquement constante, s'étend de 100 % de la surcharge à 57 % seulement de celle-ci.
La courbe 45 de la Fig. 6 montre les températures approximatives des gaz de combustion à l'issue de la chambre de combustion, lorsqu'un surchauffeur par rayonne- ment du type de construction ci-dessus décrit est monté au-dessus de la sortie 7 de la chambre de combustion 1 et est relié de la manière représen- tée ici pour la première fois au surchauffeur par contact de telle manière que la vapeur circule dans les deux surchauffeurs successivement.
Par suite des caractéristiques du surchauffeur par rayonnement S, qui provoquent lors d'une diminution de la charge du générateur de vapeur une élévation de la température et par suite de sa grande capacité de réac- tion lors d'un changement de la position des brûleurs, la chute de tempéra- ture dans le surchauffeur par contact C1 - C2 est compensée par une réduc- tion de la charge. Ceci est établi par le fait que pour ce mode de couplage des sections de surchauffeur, il suffit que la température des gaz de combus- tion soit égale à celle que représente approximativement la courbe 45 de la Fig. 6.
Les points d'intersection des courbes 41 et 42 avec la courbe 45 mon- trent que la gamme des charges, sur laquelle le réglage de l'orientation des brûleurs permet d'obtenir une température de surchauffe pratiquement constante, s'étend maintenant de 100 % jusqu'à environ 30 % de la pleine charge, ce que constitue une augmentation remarquable de la zone de régla- ge d'un surchauffeur par contact, employé seul.
La combinaison du surchauffeur par rayonnement mentionné avec le surchauffeur par contact et les brûleurs orientables 11 permet donc sui- vant l'invention de surchauffer la vapeur à des températures plus élevées, du fait qu'on utilise des gaz de combustion à plus haute température, à la sortie de la chambre de combustion. En outre on peut obtenir une plus grande gamme de charges où les températures mentionnéés de la vapeur restent pra- tiquement constantes. Les températures des gaz de combustion après la sor- tie 7 de la chambre de combustion et les températures des gaz de combustion dans les surchauffeurs S et C1 - C2 peuvent être réglées d'après la courbe 45 de la Fig. 6, du fait que l'orientation des brûleurs 11 peut être réglée à la main ou par un dispositif mécanique.
Dans ce dernier cas, le mouvement d'orientation peut être transmis aux quatre brûleurs 11 par le moteur repré- senté 28, ce moteur commun, ou bien des moteurs séparés pour chaque brûleur, étant commandés par la température de la vapeur surchauffée à la prise de vapeur 40. La Fig. 1 montre sous une forme simplifiée un mécanisme de ré- glage qui utilise un thermostat 50 installé à la prise de vapeur 40 et fait agir au moyen d'un dispositif régulateur approprié tout écart de la tempé- rature de la vapeur surchauffée par rapport à la température désirée, comme par exemple 5500G, sur le fonctionnement du moteur 28 de manière à changer l'orientation des brûleurs orientables 11 et amener par conséquent la tempé- rature considérée à la valeur désirée, mentionnée ci-dessus.
REVENDICATIONS.
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VAPOR GENERATOR., WHICH VAPORIZING TUBES LINE THE WALLS
INTERNAL OF THE COMBUSTION CHAMBER.
The invention relates to a steam generator, the vaporizing tubes of which line the interior of the walls of the combustion chamber and the tubes of which for superheating the steam are arranged in the path of the combustion gases at the upper end of the chamber. the combustion chamber
It is difficult in these steam generators, both when producing large quantities of steam and when producing small quantities of steam, to bring the combustion gases to the superheater to a temperature sufficiently high so that in all under load conditions the steam generator supplies steam at approximately uniform temperatures.
This difficulty arises particularly for the combustion of pulverized coal in the steam generator, because it is in any case necessary to prevent the ash contained in the coal from being able to agglutinate in the form of slag on the superheater tubes, thus reducing the heat transfer from combustion gases to steam and giving rise to other disturbances in the service of the steam generator.
When the combustion gases meet the tubes of the superheater, their temperature must therefore no longer be high enough to maintain the ash in a pasty or liquid state.
If in steam generators of usual construction, the size of the heating surface is determined, that is to say the length of the tubular system of the superheater arranged behind the combustion chamber in such a way that when supplying maximum quantities of steam the generator delivers steam at the desired temperature, the
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combustion will reach the superheater, when supplying smaller amounts of steam and therefore burning smaller amounts of fuel, only at such a low temperature that it will no longer supply steam to the superheater. desired temperature, but at a considerably lower temperature.
On the other hand, if one calculates the heating surface of the superheater in such a way that it is sufficient, when supplying small quantities of steam, to deliver the steam at the desired temperature, the flow rate would occur, when supplying small quantities of steam. the supply of the maximum quantities of steam, at a temperature so high that the steam would be unusable.
The use of additional coolers, in which the steam after a partial superheating is cooled sufficiently so that after the additional superheating it has the desired temperature, even with variable heating of the boiler, the temperature can be maintained. uniform vapor temperature.
However, this result is obtained only when the rate of the fire and consequently the steam flow rate of the steam generator vary only between relatively small limits, and only after a significant expense for the cooling installation.
Another known means is to employ oscillating burners with the aid of which the pulverized coal is burned at a great distance from the end of the combustion chamber during periods of high boiler load and at a smaller distance from this. end of the combustion chamber at low loads, and in such a way that the combustion gases transmit proportionally more or less heat to the vaporizing tubes of the combustion chamber and therefore reach the superheater at different temperatures. However, it is only possible to maintain a uniform temperature of the temperature of the superheated steam in this way if the rate of the fire of the steam generator varies only relatively closely.
It is also customary to place the tubes of a steam superheater in front of the walls of the combustion chamber, or in the form of baffles at the end of the combustion chamber When small quantities of pulverized coal are burned , these superheaters subjected to the radiation of the flame have the property of giving rise to an excessively high superheating of the steam, during the supply of large quantities of steam The coupling of such a superheater of steam heated by radiation with a steam superheater which is heated only by contact with the combustion gases in the gas path and in the steam flow,
allows the different characteristics of the radiant superheater and the contact superheater to be supplemented to obtain an approximately constant final temperature of the fully superheated steam, but this compensating coupling also only makes it possible to obtain a uniform temperature of the superheated steam over a limited range of variable powers of the steam generator.
The object of the invention is to obtain a constant temperature of the steam for large differences in the rate of the fire, in order to be able to use large-capacity steam-generating groups in the pointeso power plants. , according to the present invention, the combustion chamber is fitted with pulverized coal burners with orientable nozzles, there is placed in the combustion gas draft, above the burner nozzles a steam superheater section, the tubular partitions of which res separated from each other by at least 50 centimeters form baffles in the flow of combustion gases, and a section of steam superheater with tubular partitions is placed closer to each other downstream of the superheater forming baffles in the combustion gas draft and upstream in the steam circuit =
In addition,
according to the invention, the orientation of the burner nozzles is preferably controlled automatically as a function of the temperature of the steam delivered by the steam generator
When reducing the fire rate of the steam generator, the position of the burner nozzles is therefore only changed when
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the distinctive characteristics of the radiant superheater and the contact superheater are no longer sufficient to keep the temperature of the steam delivered constant. It is therefore essential to adjust the orientation of the burner nozzles so that they are directed upwards as much as possible when the steam generator is to be put into service.
The new compensation system provides much greater safety, since no pasty or liquid slag particles meet the heating surfaces of the superheater and cannot interfere with the heat transfer or the adjustment of the nozzles. burners.
The device which is the subject of the invention is shown in detail in the accompanying drawings, in which
Fig. 1 shows a steam generator in cross section taken along line a-b in FIG. 2.
Fig. 2 shows the radiant superheater and the contact superheater in section taken along line a-b of FIG. 1.
Fig. 3 is a sectional view taken along line c-d of FIG. 1 adjustable burners which are arranged in the corners of the firebox.
Fig. 4 is an enlarged vertical sectional view of a typical set of burners for fuel especially suitable for a steam generator according to FIG. 1.
Figs. 5a, 5b, 5c are views which show how the orientable burners are to be established and how the combustion zone can be brought to their intervention at the lower part, middle part or upper part of the combustion chamber.
Figo 6 is a diagram showing the temperatures that the outgoing flue gases must have to superheat the steam from this steam generator to around 550 C, despite large differences in the amounts of steam supplied.
The combustion chamber 1 of the steam generator according to Figs. 1, 2 and 3 is surrounded by the front wall 2, the rear wall 3 and the side walls 4 of the latter and by the water circulation tubes 6 arranged in front of these walls.
Above the bottom of the combustion chamber the tubes 6 of the front and rear walls form surfaces 5 inclined inward.
The tubes 6 of the two side walls 4 descend to the lower part of the inclined surfaces 5 and together with them constitute a hopper for receiving and discharging the ash. The tubes 6 of the front wall 2 extend towards the bottom. top and are connected there to the cylindrical body D where the generated vapor separates from the water. Some tubes designated by 6 'of the rear wall 3 extend in their upper part transversely across the end 7 of the combustion chamber to then reach the cylindrical body Do The tubes 6' of the wall rear are separated from each other by a great distance of 470 to 600 mm. for example.
The remaining tubes 6 "and 6 '" of the rear wall rise along the upper parts of the rear wall, then along the canopy 8 and are then connected to the cylindrical body D. The upper parts 6', 6 "and 6 '" of the tubes of the rear wall thus form a cage around the space 9 which is located above the combustion chamber. The tubes 6 are connected at their lower part to manifolds 10 which receive the water from the cylindrical body D by tubes not shown. The burners 11 are installed in the lower zone of the combustion chamber 1 at the four corners thereof.
They introduce fuel and air in the form of jets directed tangentially to an imaginary cylinder located inside the combustion chamber, as shown in FIG. 3. Other arrangements may however be adopted for the burners for burning pulverized coal, oil, gas or similar fuels. Seen in the vertical direction, the jet which leaves each of the burners 11, may be facing the top 7 of the combustion chamber, so that most of the fuel burns
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the near the exit of the combustion chamber, as shown in Figo 5c.
The burners can also be oriented horizontally, so that most of the fuel burns at a greater distance from the top of the combustion chamber, as shown in Fig.
5b. If the burners are oriented downwards as shown in Fig. 5a, then the main combustion zone is at the maximum distance from the top of the combustion chamber. 4 shows an embodiment of the burners making it possible to burn pulverized coal in the combustion chamber. The burners have air chambers 12, the sides of which are provided with intake openings or ducts which bring air to them.
In Fig. 3 fittings are designated by 13; the burners according to Fig. 4 have six air chambers 12, of which those above and below bring air only to the guide nozzles which introduce air into the combustion chamber o In each of the second and fifth air chambers opens a pipe 15 for supplying the pulverized coal. The pipe 15 is extended by an intermediate piece 16, to bring the fuel from the pipe 15 into the mouth 17 of the burner. The third and fourth chambers 12 are each provided with a pipe 18 in which extends an oil pipe connected to a burner mouth or nozzle 19 from which oil is injected into the combustion chamber for the combustion. ignition of the pulverized coal. The burner nozzles 17 may have a rectangular cross section.
They are surrounded by a tubular guide plate 20 for the air supply. They can be oriented around pivots whose horizontal bearings 21 are established on the side walls of the air chambers 12 or on the intermediate pieces 16.
The air nozzles 14 may also be of rectangular cross section and be set up so as to be orientable in a vertical plane around pivots mounted in horizontal bearings. The mouthpieces 19 are arranged inside air guide pieces 22. Their internal envelopes have inclined plates provided with holes 23. They can be oriented in a vertical plane on pivots which are mounted in horizontal bearings. 21 with the pivots attached to the walls facing the air line near the end of the pipes 18. When pivoting the nozzles of the fuel, oil and air nozzles 17,19 and 14 so as to orient them up or down, they project the jets of fuel and air up or down.
The distribution of the air above and below the fuel jets which exit from the openings of the fuel nozzles 17 and 19 then remains symmetrical whatever the position of the nozzle openings.
In order to cause the orientation movement of each of the burner nozzles shown 17, 14 and 19, a rod 24 is employed which is articulated to the end plate of the nozzle and whose extension 25 is connected to a crank which is actuated in turn by a vertical orientation rod 27 to adjust the orientation of the burners.
Upward movement of the rod 27 orients all burner nozzles 17, 14 and 19 up and down around their bushings 21, while downward movement of the rod rotates all of the nozzles upward. To produce these movements, use is made according to FIG. 4 of a motor 28. This orientation motor 28 drives a reduction gear 29 and thus turns the arm 30 with the aid of which the connecting rod 31, which is connected to the lower end of the orientation rod 27 is actuated. Each of the burners 11 can be actuated by an independent motor 28. However, the orientation movement can also be transmitted to the four burners by a single motor by means of mechanical transmissions which are not shown here.
A superheater by radiation S is arranged inside the chamber 9 and above the combustion chamber 1. It comprises several coil baffles separated from one another by large intermediate spaces, each baffle consisting of several parallel tubes 32, located inside a radiation plane and the ends of which are connected by elbows so that the steam passes through them in series.
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Each baffle is connected to an inlet manifold 34 and to an outlet manifold 35 Between the different baffles there is a relatively wide gap, the size of which is preferably approximately equal to the gap between the tubes 6 'of the rear wall 3 which extend across the outlet of the combustion chamber, so that this arrangement of the wall tubes 6' can serve as a protective screen for the lower elbows 33.
In addition, the steam generator is provided with a contact superheater consisting of two sections C1 and C2 and into which the combustion gases enter after leaving the superheater by S radiation.
The Cl - C2 contact superheater can, from the point of view of construction, be very similar to the S radiation superheater, except that the gas flow passes through it perpendicular to the parallel tubes of the superheater coils and the space between the tube is notably smaller. The steam is brought from the cylindrical body D through the pipe 36 to the inlet manifold 37 of the section C1 of the superheater and is then sent through this first section C1 to the outlet manifold 38, from where it arrives via the pipe 39 into the inlet manifold 34 of the radiant superheater S. The outlet manifold 35 of the latter serves as the inlet manifold to section C2 of the superheater. Superheated steam leaves superheater section C2 through outlet manifold 40.
Between the sections C2 and Cl of the superheater, an intermediate superheater Ro can be placed in the combustion gas draft. 'the burners 11 are oriented as shown in Figs. 5a - b - c.
Apart from the advantages already mentioned, the radiant superheater S also presents, when it is used, in the same steam-generating group, in combination, as is represented here, with a superheater by contact 10, the advantage of being able to maintain constant the temperature of the vapor after the superheater, over a wide range of loads, by modifying the position of the burners to a relatively small extent. The combination considered therefore also makes it possible to maintain the temperature of the superheated steam constant over a much wider range of loads than when only the orientable burner is used without the series connection of a radiant superheater distributed in the gas path. exhaust with a contact superheater.
When the orientation of the burners is changed, the heat transmission to the superheater by radiation S changes much faster than the heat transmission to the superheater by contact Cl - C2. For a given quantity of fuel burnt by the burners 11, a modification of the orientation of the latter has no other effect on the superheater by contact than causing, for the same production of steam, a change in the temperature of the combustion gases. combustion flowing through the superheater.
This is shown in Fig. 6 by curves 41, 42, 43 and 44. However, the effect exerted on the superheater by radiation S does not result only from these temperature variations, but is rather due to the short distance from the flame to the superheater. S. If, as shown in Figs. 5 a, b, c, the distance between the flame and the superheater S is reduced by half, which occurs when the burners 11 are oriented downwards, the heat transmission to the superheater then becomes about four times greater. This agrees with the general law according to which radiant heat transmission varies inversely with the square of the distance between the heat source and the receiving surface.
As a result, the reaction of the superheater S is extremely fast when changing the orientation of the burners 11. Therefore, the temperature of the steam flowing through the radiant and contact superheaters coupled in the manner described herein, can be set between much larger load limits than when steam is only flowing through a contact superheater.
This can be seen in particular by examining Figo 6 which indicates approximately in% of the vapor flow rate of a
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steam production installation, the temperatures of the combustion gases at the outlet of the combustion chamber for different loads when the fireplace is equipped with orientable burner of the type shown at 11 in Figs. 1 and 3. The curves 41, 42 and 43 show the typical temperatures of the combustion gases leaving the combustion chamber when the orientable burners are directed upwards, in accordance with FIG. 5C, horizontally according to Fig. 5b or downwards, according to Fig.
5a, and when the steam flow of the boiler varies from 100% of full load to 40% of full load. Curve 44 shows the temperatures which the combustion gases must have at the outlet of the combustion chamber to achieve a constant vapor temperature, when only a contact superheater is used for a range of. given loads Under the special conditions considered here, the zone on which the orientation of the burners 11 ensures a practically constant superheating, extends from 100% of the overload to only 57% of the latter.
Curve 45 of FIG. 6 shows the approximate temperatures of the combustion gases at the exit of the combustion chamber, when a radiant superheater of the type of construction described above is mounted above the outlet 7 of the combustion chamber 1 and is connected in the manner shown here for the first time to the superheater by contact in such a way that the steam circulates in the two superheaters successively.
Due to the characteristics of the superheater by radiation S, which cause a rise in temperature when the load on the steam generator decreases and as a result of its great reaction capacity when the position of the burners is changed. , the drop in temperature in the superheater by contact C1 - C2 is compensated by a reduction in the load. This is established by the fact that for this mode of coupling the superheater sections it is sufficient that the temperature of the combustion gases is equal to that approximately represented by curve 45 of FIG. 6.
The points of intersection of curves 41 and 42 with curve 45 show that the range of loads, over which the adjustment of the orientation of the burners makes it possible to obtain a practically constant superheat temperature, now extends from 100 % up to about 30% of full load, which constitutes a remarkable increase in the control area of a contact superheater, used alone.
The combination of the aforementioned radiant superheater with the contact superheater and the orientable burners 11 therefore makes it possible according to the invention to superheat the steam to higher temperatures, since combustion gases at higher temperature are used, at the exit of the combustion chamber. In addition, a wider range of charges can be obtained where the mentioned steam temperatures remain nearly constant. The temperatures of the flue gases after the outlet 7 of the combustion chamber and the temperatures of the flue gases in the superheaters S and C1 - C2 can be set according to curve 45 in Fig. 6, because the orientation of the burners 11 can be adjusted by hand or by a mechanical device.
In the latter case, the orientation movement can be transmitted to the four burners 11 by the motor represented 28, this common motor, or else separate motors for each burner, being controlled by the temperature of the superheated steam at the outlet. of steam 40. FIG. 1 shows in a simplified form an adjustment mechanism which uses a thermostat 50 installed at the steam outlet 40 and acts by means of an appropriate regulating device any deviation of the temperature of the superheated steam from the temperature. desired temperature, such as for example 5500G, on the operation of the motor 28 so as to change the orientation of the orientable burners 11 and consequently bring the temperature in question to the desired value, mentioned above.
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