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PERFECTIONNEMENTS AUX FOYERS CYCLONES.
Cette invention concerne les foyers cyclones et vise plus par- ticulièrement à supprimer les inconvénients résultant des dépôts solides qui se forment aux endroits où la fluidité devrait être maintenue. Normale- ment une chambre de combustion secondaire est établie pour recevoir la dé- charge de la chambre du foyer cyclone et fréquemment pour diverses raisons, plusieurs foyers cyclones sont associés à une seule chambre de combustion secondaire.
L'une des raisons pour lesquelles on emploie plus d'un foyer cy- clone est que la capacité et les dimensions d'un foyer cyclone ne peuvent . pas dépasser certaines limites; une autre raison est que la marche à charge partielle est rendue plus aisée, et une troisième raison est que pour une vitesse donnée à l'entrée,un foyer cyclone de moindre diamètre développe une plus grande force centrifuge qu'un autre de diamètre plus grand.
Ordi- nairement, la chambre de combustion secondaire est suivie d'une chambre de rayonnement refroidie par circulation de fluide, et les chambres de foyers cyclones, ainsi que la chambre de combustion secondaire, qui sont aussi refroidies par circulation de fluide, sont établies de manière qu'à pleine charge, la scorie y reste à l'état liquide, tandis que dans la chambre de rayonnement les gaz se trouvent à une température inférieure au point de fusion de la scorie. Ordinairement, la scorie liquide venant des chambres de foyers cyclones est dirigée dans la chambre de combustion secondaire, d'où elle est évacuée par une sortie ménagée dans le fond.
L'inconvénient qui se présenté alors, est que lorsque le foyer fonctionne à faible charge partielle, la totalité de la chambre de combustion secondaire ne peut plus être maintenue à une température dépassant le point de fusion de la scorie, de telle sorte que la scorie cesse de couler et de s'évacuer si elle atteint le fond de la chambre de combustion secondaire à une certaine distance de la sortie de scorie.
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Lorsqu'il est fait usage d'un dispositif d'évacuation approprié pour la scorie, on peut remédier à cet inconvénient en disposant les foyers cyclones de manière qu'ils débitent de haut en bas vers le fond ou sol de la chambre de combustion secondaire. Toutefois, d'autres inconvénients peu- vent en résulter, du fait que le fonctionnement d'un foyer cyclone à axe vertical et circulation'descendante tend à être défectueux, parce que, en cas de réduction de l'allure du feu et de la vitesse de tourbillonnement, le combustible a tendance à descendre en hélice à pas rapide vers le fond de la chambre de combustion.
Une autre difficulté provient de ce que quand l'air secondaire d'une part et l'air primaire et le combustible d'autre part sont introduits tangentiellement dans une zone d'admission d'une chambre de foyer cyclone, le combustible est sujet à s'agglomérer et à se déposer 'dans une région si- tuée en face de l'entrée de l'air primaire et du combustible, sur la paroi périphérique de la chambre et à entraver ainsi le mouvement de tourbillon- nement.
La présente invention a pour objet un foyer cyclone agencé pour se décharger de haut en bas vers le fond d'une chambre de combustion secon- daire, qui est pourvu d'un dispositif pour introduire du combustible et de l'air dans la partie inférieure de la chambre du foyer cyclone, tandis que la partie supérieure de cette dernière se rétrécit vers le haut.
L'invention a aussi pour objet un foyer cyclone avec introduc- tion d'air primaire et de combustible ainsi que d'air secondaire dans la chambre du foyer cyclone, dans lequel des conduits pour l'admission respec- tivement d'air primaire et de combustible et d'air secondaire débitent dans la même zone de la chambre du foyer cyclone, le conduit pour l'admission d'air secondaire étant dirigé de façon à débiter tangentiellement ou à peu près tangentiellement à la périphérie de la chambre du foyer cyclone,
tan- dis que le conduit d'admission d'air primaire et de combustible débite dans la chambre du foyer sous un angle agiu par rapport à la tangente à la péri- phérie de la chambre du foyer cyclone à l'extrémité de sortie du conduit et dirige le courant d'air primaire et de -combustible vers le courant d'air secondaire qui balaie la périphérie de la chambre du foyer cyclone en un endroit qui par rapport à la sortie du conduit d'admission d'air secondaire, est décalé dans le sens du tourbillonnement, d'une distance correspondant à un arc de notable amplitude.
L'invention sera décrite ci-après, à titre d'exemple, avec réfé- rence aux dessins annexés, dans lesquels :
Fig. 1 est une coupe verticale montrant une chambre de combus- tion secondaire, des chambres de foyers cyclones de deux groupes et la partie inférieure d'une chambre de rayonnement;
Fig. 2 est une coupe verticale suivant la ligne I-I de la Fig. l, prise dans le sens des flèches; .Fig. 3 est une coupe suivant un plan renfermant l'axe longitudi- nal de l'un des foyers cyclones et montrant ce foyer à plus grande échelle que la Fig. l, et
Fig. 4 est une coupe transversale suivant la ligne IV-IV de la Fig. 3.
Comme le montrent les Figs. 1 et 2, six foyers cyclones similai- res 1 sont disposés en deux groupes, comprenant chacun trois foyers cyclones disposés en une rangée, les groupes étant situés des deux côtés d'une cham- bre de combustion secondaire 3 vers le fond 2 de laquelle ils débitent de haut en bas. Le fond 2 comprend deux parties semblables inclinées de haut en bas en sens opposés vers des bouches d'écoulement de scorie respectives 4, situées sur les côtés opposés de la chambre de combustion secondaire.
Comme le montre la Fig. 2, chaque moitié du fond de cette chambre a une for- me ondulée, étant constituée par une série d'auges ou de gouttières ouver- tes disposées chacune en dessous d'un foyer cyclone et inclinées vers les
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bouches d'écoulement de scorie correspondantes. L'axe longitudinal de chaque foyer cyclone a une inclinaison de 55 approximativement et est approximati- vement perpendiculaire au fond de la gouttière correspondante. Chaque bouche d'écoulement 4 descend sous la surface de l'eau 5 qui se trouve dans un bas- sin 6, de telle sorte que la chambre de combustion secondaire, qui fonction- ne sous pression, est isolée hermétiquement de l'atmosphère. Dans chacun des bassins 6 se trouve un transporteur racleur 7 ou l'équivalent; pour évacuer les particules de scories solides.
Les parois de la chambre de combustion secondaire 3 et celles d'une chambre de rayonnement 8 s'élevant verticale- ment au-dessus de la chambre de combustion secondaire'sont garnies de tubes vaporisants raccordés d'une manière appropriée au système circulatoire d'u- ne chaudière tubulaire dont on n'a représenté que les tubes 9. Ainsi, les tubes 9 partant des distributeurs-9' d'où ils s'élèvent verticalement, gar- nissent deux parois latérales opposées de la chambre de combustion secon- daire, ainsi que les parties en surplomb à travers lesquelles les foyers cy- clones débitent et les parois latérales correspondantes de la chambre de rayonnement.
Quelques-uns des tubes 9 s'étendent, en des parties intermé- diaires de leur longueur recouvertes de matières réfractaires, en travers de la sortie de la chambre de combustion intermédiaire, pour former un écran tubulaire 10.
Le fonctionnement des foyers cyclones à charge partielle est par- ticulièrement difficile si le combustible est séché par l'air ou les gaz de combustion dans les broyeurs de charbon, et les gaz de séchage, en même temps que la poussière entraînée, sont envoyés dans la chambre de combustion secon- daire, de telle sorte que celle-ci est refroidie par les gaz.
On peut éviter ce refroidissement en introduisant les gaz à la sortie de la chambre de com- bustion secondaire ou à l'entrée de la chambre de rayonnement et, comme c'est représenté sur la Fig. 1, deux conduits réfractaires 11, pourvus chacun d'un certain nombre de tuyères de décharge réparties longitudinalement 12 et pro- tégés contre la chaleur de la chambre de combustion secondaire par les tubes de l'écran tubulaire 10, s'étendent le long des côtés opposés de la chambre de rayonnement 8 entre ces tubes et les tubes 9 des parois de la chambre de -rayonnement. Pendant la marche, les gaz de séchage sont envoyés aux conduits 11 et sont déchargés par les tuyères 12, dirigées vers l'intérieur, dans les gaz de combustion à l'extrémité inférieure de la chambre de rayonnement.
De cette manière les gaz qui pénètrent dans cette dernière sont refroidis à la fois par l'écran tubulaire 10 et par les gaz de séchage ajoutés, tandis que le refroidissement de la chambre de combustion secondaire est évité.
Pendant le fonctionnement, les gaz venant de chaque foyer cyclo- ne en action, frappent le fond de la chambre de combustion au-dessous du foyer avant de s'élever dans la chambre de rayonnement 8. La scorie sur la partie du fond au-dessous du foyer cyclone est par conséquent maintenue en fusion et comme cette partie a la forme d'une gouttière, on évite le danger que- la pression de la flamme puisse refouler la-scorie liquide latéralement dans une région plus froide ayant une température inférieure au point de fu- sion de la scorie.
Comme le montrent les Figs. 3 et 4, chaque foyer cyclone 1 com- porte une partie inférieure cylindrique 20 et une partie supérieure 21 coni- que vers le haut. La paroi inférieure 22 du foyer cyclone est pourvue d'un goulet de sortie des gaz 14 en forme de tuyère, comprenant une partie conver- gente interne et une partie divergente externe, et d'une sortie de scorie 16, la paroi inférieure et la tuyère étant formées d'une manière connue, par des tubes vaporisants couverts de matière réfractaire. Les parois périphé- riques du foyer cyclone sont formées par des tubes de refroidissement vapo- risants 23 couverts de matière réfractaire 24, d'une couche externe de ma- tière isolante 25 et d'une enveloppe 26 étanche aux gaz.
Comme c'est repré- senté sur la Fig. 1, la sortie de scorie 16 est disposée immédiatement au- dessus d'une bouche d'écoulement de scorie 4 de telle sorte que la scorie qui s'écoule de la chambre de foyer cyclone peut tomber à travers la.cham- bre de combustion secondaire directement dans la bouche d'écoulement.
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Des mesures sont prises pour amener l'air primaire et le combus- tible et l'air secondaire dans la partie inférieure 20 du foyer cyclone. Com- me c'est représenté, deux conduits 13 et 13' amènent l'air primaire et le combustible en des points diamétralement opposés de la chambre du foyer et deux conduits 15 et 15' amènent de l'air secondaire en deux points diamétra- lement opposés de la chambre du foyer immédiatement derrière les sorties des condùits 13 et 13'respectivement dans le sens du tourbillonnement et tan- gentiellement par rapport à la périphérie de la chambre.
Chaque conduit 13 ou 13' pour l'admission d'air primaire et de combustible est, comme c'est représenté, établi de manière à débiter dans la chambre du foyer cyclone sous un angle aigu par rapport à la tangente à la périphérie de la chambre du foyer à l'extrémité de décharge du conduit, et à diriger le courant d'air primaire et de combustible vers le courant d'air secondaire venant des con- duits 15, 15',en un point décalé par rapport à la sortie de ceux-ci dans la direction du tourbillonnement, d'un arc de longueur notable. De cette ma- nière le combustible commence à brûler et l'air est chauffé avant que le com- bustible ne se rapproche de la paroi périphérique et soit entraîné sur cette paroi dé la chambre de foyer cyclone par l'air secondaire, de telle sorte que les dépôts de combustible sur la paroi sont évités.
En réalité,les con- duits 13 et 13' sont établis de façon à débiter tangentiellement ou à peu près tangentiellement à la surface externe du goulet d'échappement des gaz
14 ou bien, comme c'est représenté, tangentiellement à un court prolongement imaginaire de cette surface. Lorsque les conduits 13,13' et 15, 15' sont disposés dans la région du goulet de sortie, la disposition décrite des con- duits 13 et 13' donne lieu au plus grand angle possible entre l'axe des con- duits et les tangentes à la périphérie de la chambre du foyer aux points d'en- trée.
Le courant de combustible et d'air tourbillonnant, en combustion ne peut pas passer directement dans le goulet de sortie 14, mais s'élève le long des parties cylindrique et conique de la chambre du foyer avant de des- cendre et de s'échapper par le goulet de sortie à unegrande vitesse. Lors- que le courant atteint la partie conique 21 de la chambre du foyer, la force centrifuge augmente à mesure qu'augmente la'courbure, ce qui'fait que la force centrifuge exerce une action dominante dans la conduite du mouvement des particules de combustible; de telle sorte qu'elles sont élevées à une hauteur suffisante dans la chambre du foyer cyclone et que la décharge acci- dentelle de petites particules dans la chambre de combustion secondaire est au moins limitée.
La force centrifuge dans la partie conique de la chambre du foyer tend à refouler la scorie de haut en bas, sur la surface de cette partie de la chambre.
Le goulet de sortie en forme de tuyère 14 est établi de façon à éviter d'une part qu'il ne soit traversé par le combustible fraîchement ame- né dans la chambre du foyer et à réduire, d'autre part, au minimum la chute de pression due à la détente et à la turbulence du gaz en tourbillonnement qui passe dans le goulet pour se rendre dans la chambre de combustion secon- daire.
Des particules de combustible peuvent, il est vrai, se rassembler à l'extrémité supérieure 17 de la partie conique du foyer cyclone, mais ces particules peuvent être brûlées par une addition d'air ou d'oxygène, tandis qu'un courant d'air suffisamment puissant empêche les particules de s'accu- muler.
Si on le désire, la chambre de combustion secondaire 3-peut éga- lement être divisée par une paroi continue ou discontinue partant verticale- ment du faite du fond de cette chambre. Toutefois, un écoulement optimum de scorie dans la chambre de combustion secondaire est obtenu sans cette paroi.
Un écoulement de scorie même meilleur peut être obtenu si les deux groupes de gouttières sont inclinés de haut en bas de part et d'autre et vers une bouche d'écoulement de scorie commune centrale, car la bouche d'écoulement se trouve alors à l'intérieur de l'aire couverte par la flamme.
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Si la chambre de combustion secondaire n'est pas trop large., il est avantageux qu'aux charges partielles, elle soit chauffée par'les côtés opposés.
REVENDICATIONS. la Foyer cyclone débitant de haut en bas vers le fond d'une chambre de combustion secondaire, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour amener du combustible et de l'air dans une partie inférieure de la chambre de foyer cyclone, tandis qu'une partie supérieure de la cham- bre du foyer cyclone se rétrécit vers le haut.
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IMPROVEMENTS AT CYCLONES FIREPLACES.
This invention relates to cyclone hearths and more particularly aims to eliminate the drawbacks resulting from solid deposits which form in places where fluidity should be maintained. Normally a secondary combustion chamber is established to receive the discharge from the cyclone hearth chamber and frequently for various reasons several cyclone hearths are associated with a single secondary combustion chamber.
One of the reasons more than one cyclone hearth is used is that the capacity and dimensions of a cyclone hearth cannot. not exceed certain limits; another reason is that the operation at partial load is made easier, and a third reason is that for a given speed at the inlet, a cyclone hearth of smaller diameter develops a greater centrifugal force than one of larger diameter .
Usually, the secondary combustion chamber is followed by a radiating chamber cooled by circulation of fluid, and the cyclone hearth chambers, as well as the secondary combustion chamber, which are also cooled by circulation of fluid, are established. so that at full load the slag remains there in a liquid state, while in the radiation chamber the gases are at a temperature below the melting point of the slag. Usually, the liquid slag coming from the cyclone hearth chambers is directed into the secondary combustion chamber, from where it is discharged through an outlet in the bottom.
The disadvantage which then arises is that when the furnace operates at low partial load, the entire secondary combustion chamber can no longer be maintained at a temperature exceeding the melting point of the slag, so that the slag stops flowing and venting if it reaches the bottom of the secondary combustion chamber some distance from the slag outlet.
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When an appropriate discharge device is used for the slag, this drawback can be overcome by arranging the cyclone hearths so that they discharge from top to bottom towards the bottom or floor of the secondary combustion chamber. . However, other disadvantages can result from this, as the operation of a cyclone furnace with vertical axis and downward circulation tends to be defective, because, in the event of reduction of the rate of the fire and the vortex speed, the fuel tends to spiral downward in rapid succession towards the bottom of the combustion chamber.
Another difficulty arises from the fact that when the secondary air on the one hand and the primary air and the fuel on the other hand are introduced tangentially into an inlet zone of a cyclone hearth chamber, the fuel is subject to agglomerate and settle in a region opposite the inlet of the primary air and fuel, on the peripheral wall of the chamber and thereby impede the vortex movement.
The present invention relates to a cyclone furnace arranged to discharge from top to bottom towards the bottom of a secondary combustion chamber, which is provided with a device for introducing fuel and air into the lower part. of the cyclone hearth chamber, while the upper part of the latter tapers upwards.
The invention also relates to a cyclone hearth with introduction of primary air and fuel as well as secondary air into the chamber of the cyclone hearth, in which ducts for the admission respectively of primary air and of fuel and secondary air flow into the same area of the cyclone hearth chamber, the duct for the secondary air intake being directed so as to discharge tangentially or approximately tangentially to the periphery of the cyclone hearth chamber ,
while the primary air and fuel inlet duct flows into the hearth chamber at an angle set to the tangent to the periphery of the cyclone hearth chamber at the outlet end of the duct and directs the stream of primary air and -combustible towards the stream of secondary air which sweeps the periphery of the chamber of the cyclone hearth at a location which, with respect to the outlet of the secondary air intake duct, is offset in the direction of the swirl, by a distance corresponding to an arc of notable amplitude.
The invention will be described below, by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 is a vertical section showing a secondary combustion chamber, chambers of cyclone fires of two groups and the lower part of a radiation chamber;
Fig. 2 is a vertical section taken along the line I-I of FIG. l, taken in the direction of the arrows; .Fig. 3 is a section taken along a plane enclosing the longitudinal axis of one of the cyclone centers and showing this center on a larger scale than in FIG. l, and
Fig. 4 is a cross section taken on the line IV-IV of FIG. 3.
As shown in Figs. 1 and 2, six similar cyclone hearths 1 are arranged in two groups, each comprising three cyclone hearths arranged in a row, the groups being located on both sides of a secondary combustion chamber 3 towards the bottom 2 of which they flow from top to bottom. The bottom 2 comprises two similar parts inclined from top to bottom in opposite directions towards respective slag outlets 4, located on the opposite sides of the secondary combustion chamber.
As shown in Fig. 2, each half of the bottom of this chamber has a corrugated shape, being constituted by a series of open troughs or gutters each disposed below a cyclone hearth and inclined towards the sides.
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corresponding slag outlets. The longitudinal axis of each cyclone hearth has an inclination of approximately 55 and is approximately perpendicular to the bottom of the corresponding gutter. Each outlet 4 descends below the surface of the water 5 which is in a basin 6, so that the secondary combustion chamber, which operates under pressure, is hermetically isolated from the atmosphere. In each of the basins 6 is a scraper conveyor 7 or the equivalent; to remove solid slag particles.
The walls of the secondary combustion chamber 3 and those of a radiation chamber 8 rising vertically above the secondary combustion chamber are lined with vaporizing tubes suitably connected to the circulatory system of. a tubular boiler of which only the tubes 9 have been shown. Thus, the tubes 9 starting from the distributors-9 'from which they rise vertically, line two opposite side walls of the secondary combustion chamber. daire, as well as the overhanging parts through which the cyclone foci flow and the corresponding side walls of the radiation chamber.
Some of the tubes 9 extend, at intermediate portions of their length covered with refractory material, across the outlet of the intermediate combustion chamber, to form a tubular screen 10.
The operation of cyclone hearths at part load is particularly difficult if the fuel is dried by air or combustion gases in the coal mills, and the drying gases, along with the entrained dust, are sent to the secondary combustion chamber, so that it is cooled by the gases.
This cooling can be avoided by introducing the gases at the outlet of the secondary combustion chamber or at the inlet of the radiation chamber and, as shown in FIG. 1, two refractory ducts 11, each provided with a number of longitudinally distributed discharge nozzles 12 and protected against the heat of the secondary combustion chamber by the tubes of the tubular screen 10, extend along the opposite sides of the radiation chamber 8 between these tubes and the tubes 9 of the walls of the radiation chamber. During operation, the drying gases are sent to the conduits 11 and are discharged through the nozzles 12, directed inwards, into the combustion gases at the lower end of the radiation chamber.
In this way the gases which enter the latter are cooled both by the tube screen 10 and by the added drying gases, while the cooling of the secondary combustion chamber is avoided.
During operation, the gases coming from each cyclone hearth in action, hit the bottom of the combustion chamber below the hearth before rising into the radiation chamber 8. The slag on the bottom part above below the cyclone hearth is therefore kept molten and since this part has the shape of a gutter, the danger that the pressure of the flame could force the liquid slag laterally into a colder region having a temperature below the melting point of the slag.
As shown in Figs. 3 and 4, each cyclone hearth 1 comprises a cylindrical lower part 20 and an upper part 21 conical upwards. The bottom wall 22 of the cyclone hearth is provided with a nozzle-shaped gas outlet 14 comprising an inner converging part and an outer diverging part, and with a slag outlet 16, the bottom wall and the bottom wall. nozzle being formed in a known manner, by vaporizing tubes covered with refractory material. The peripheral walls of the cyclone hearth are formed by vaporizing cooling tubes 23 covered with refractory material 24, an outer layer of insulating material 25 and a gas-tight casing 26.
As shown in FIG. 1, the slag outlet 16 is disposed immediately above a slag outlet 4 so that the slag which flows from the cyclone hearth chamber can fall through the combustion chamber. secondary directly into the outlet.
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Measures are taken to bring primary air and fuel and secondary air to the lower portion of the cyclone hearth. As shown, two conduits 13 and 13 'bring the primary air and the fuel to diametrically opposed points of the hearth chamber and two conduits 15 and 15' bring secondary air to two diametric points. opposites of the hearth chamber immediately behind the outlets of conduits 13 and 13 'respectively in the direction of swirl and tangentially with respect to the periphery of the chamber.
Each duct 13 or 13 'for the admission of primary air and fuel is, as shown, established so as to discharge into the chamber of the cyclone hearth at an acute angle to the tangent to the periphery of the fire chamber at the discharge end of the duct, and directing the flow of primary air and fuel to the flow of secondary air from ducts 15, 15 ', at a point offset from the outlet of these in the direction of the swirl, an arc of notable length. In this way the fuel begins to burn and the air is heated before the fuel approaches the peripheral wall and is entrained on this wall of the cyclone hearth chamber by the secondary air, in such a way that deposits of fuel on the wall are avoided.
In reality, the conduits 13 and 13 'are set up so as to flow tangentially or approximately tangentially to the external surface of the gas exhaust port.
14 or, as shown, tangentially to a short imaginary extension of this surface. When the conduits 13, 13 'and 15, 15' are arranged in the region of the outlet neck, the described arrangement of the conduits 13 and 13 'gives rise to the greatest possible angle between the axis of the conduits and the pipes. tangent to the periphery of the firebox at the entry points.
The swirling, burning stream of fuel and air cannot pass directly through the outlet 14, but rises along the cylindrical and conical portions of the firebox before descending and escaping. through the exit bottleneck at high speed. As the current reaches the conical portion 21 of the hearth chamber, the centrifugal force increases as the curvature increases, causing the centrifugal force to exert a dominant action in driving the movement of the fuel particles. ; such that they are raised to a sufficient height in the cyclone hearth chamber and that the accidental discharge of small particles into the secondary combustion chamber is at least limited.
The centrifugal force in the conical part of the hearth chamber tends to force the slag up and down on the surface of that part of the chamber.
The nozzle-shaped outlet neck 14 is established in such a way as to prevent, on the one hand, it being passed through by the fuel freshly supplied to the hearth chamber and, on the other hand, to reduce the drop to a minimum. of pressure due to the expansion and turbulence of the swirling gas which passes through the neck to reach the secondary combustion chamber.
Fuel particles can, it is true, collect at the upper end 17 of the conical part of the cyclone hearth, but these particles can be burnt by the addition of air or oxygen, while a stream of sufficiently powerful air prevents particles from accumulating.
If desired, the secondary combustion chamber 3-may also be divided by a continuous or discontinuous wall extending vertically from the bottom of this chamber. However, an optimum flow of slag in the secondary combustion chamber is obtained without this wall.
Even better slag flow can be obtained if the two groups of gutters are tilted up and down on either side and towards a central common slag outlet, as the outlet is then at the side. inside the area covered by the flame.
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If the secondary combustion chamber is not too wide, it is advantageous that at partial loads it is heated from the opposite sides.
CLAIMS. the cyclone hearth flowing from top to bottom towards the bottom of a secondary combustion chamber, characterized in that means are provided for supplying fuel and air into a lower part of the cyclone hearth chamber, while an upper part of the cyclone hearth chamber tapers upwards.