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PERFECTIONNEMENTS AUX PROCEDES ET APPAREILS DE REGLAGE DE LA TEMPERATURE DE
SURCHAUFFE DE VAPEUR.
La présente invention se rapporte à des perfectionnements aux procédés et appareils de réglage de la température de surchauffe de,vapeur dans des installations de génération et de surchauffe de vapeur du type dans lequel le combustible est brûlé dans une chambre de combustion ou foyer dont'les parois refroidies par un fluide ,forment une partie appr- ciable sinon la presque totalité de 1'enceinte de génération de vapeur, et dans,lequel la vapeur produite est surchauffée par passage dans des éléments'tubulaires de surchauffe chauffés principalement par transmission de chaleur par convection à partir des gaz de chauffage formés par combus- tion du combustible dans la chambre.
L'effet de surchauffe par convection dépend de la température et de la masse des gaz de chauffage s'écoulant sur les tubes de surchauffe, et ces facteurs à leur tour dépendent des conditions de combustion dans la chambreet de la quantité de chaleur cédée par les gaz aux parois de la chambre refroidies par fluide pendant la combustion du combustible et le ' passage des gaz de chauffage engendrés en direction de la sortie de la chambreo Il est connu que la transmission de chaleur à ces parois de la chambre peut être variée en modifiant le degré de proximité ou le niveau de la zone principale de combustion par rapport à la sortie des gaz de la chambre, agissant de ce fait sur la température des gaz de chauffage passant sur les tubes de surchauffe, modifiant en conséquence 1?effet de surchauffe par convention.
L'invention fournit un procédé et un appareil de réglage des températures de surchauffe de vapeur dans un groupe du type décrit dans lequel, d'une fagon générale, on utilise à la fois la recirculation des gaz du foyer et les variations de la position de la zone principale de combus-
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tion, pour obtenir une amplitude et un degré de réglage de la surchauffe de la vapeur supérieurs à ce qu'on peut obtenir par le seul emploi de la recirculation des gaz en quantité correspondante, ou par le seul changement correspondant de la position de la zone de combustion principale, ou par la somme de ces effets individuels.
L'invention réduit les pertes de tirage, si on la compare à un procédé ou appareil arrivant au même réglage de la surchauffe par recirculation des gaz, mais sans faire varier simultanément la position de la zone de combustion principale. L'invention réduit également les frais desoufflerie et de canalisations, et la force motrice nécessaire pour entra!ner la soufflerie de recirculation.
La présente invention comprend un procédé de réglage de la température de la vapeur surchauffée dans un groupe générateur et surchauffeur comprenant un foyer comportant des parois avec tubes de génération de vapeur et muni d'un orifice de sortie pour le passage des gaz vers une sectionde convection comprenant une surface de surchauffe, caractérisé en ce que l'élevât! on désirée de la température de la vapeur est obtenue en déplaçant à l'intérieur du foyer la région de combustion principale de façon que la longueur moyenne du trajet des gaz de cette région jusqu'à l'orifice de sortie soit réduite, et en faisant recirculer les gaz du foyer refroidis par contact avec la surface d'échange de chaleur par convection dans une partie du foyer plus éloignée de l'orifice de sortie que ladite région.
L'invention comprend également un procédé de réglage de la température de la vapeur surchauffée dans un groupe générateur et surchauffeur comprenant un foyer comportant des parois avec tubes de génération de vapeur, et muni d'un orifice de sortie pour le passage des gaz venant d'une région supérieure du foyer vers une section de convection comprenant une surface de surchauffe, et de dispositifs d'alimentation fournissant respectivement des courants de combustible fluide à différents endroi ts de la hauteur du foyer, caractérisé en ce qu' on fait recirculer, afin d'augmen- ter la température de la vapeur surchauffée, des gaz du foyer refroidis par contact avec la surface d'échange de chaleur vers la région du foyer dans laquelle débouchent les dispositis d'alimentation inférieurs,
tandi s que la chaleur absorbée par les parties des tubes des parois du foyer voi sines de cette régi on, est réduite en agissant sur la quantité de combusti ble fournie dans cette région.
Suivant un mode d'exécution du procédé, le combustible est brûlé dans une zone de combustion ayant un niveau moyen à mi-hauteur d'une chambre de combustion de forme allongée pour répondre à une demande de vapeur sous forte charge, et, pour maintenir une température de vapeur sensiblement constante dans un domaine de charges inférieures à la charge servant de point de réglage, on prélève de façon variable des gaz en recirculation en aval de la surface de surchauffe pour les introduire dans la chambre de combustion sensiblement en-dessous du niveau moyen de la zone de combustion pour réduire la transmission de chaleur aux parties des tubes de paroi de la chambre entourant la zone du foyer se trouvant sous la zone de combustion, et la combustion du combustible se poursuit à un taux plus réduit dans une zone de combustion,
dont le niveau moyen est supérieur au niveau moyen de la zone de combustion pour la charge élevée, ce qui augmente l'amplitude verticale de la zone du foyer se trouvant sous la zone de combustion, effectue une réduction de la transmission de chaleur auxdites parties des tubes de paroi de la chambre, et augmente l'effet de réglage de la recirculation des gaz sur la température de la vapeur.
L'invention comprend également un groupe générateur et surchauffeur de vapeur comprenant une chambre de combustion ayant des parois avec tubes de paroi pour la génération de vapeur et un orifice de sortie des gaz pour permettre le passage des gaz vers une section de convection comprenant un surchauffeur à convection caractérisé en ce que des dispositifs de combustion du combustible sont placés de façon que la position moyenne
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de la zone de combustion principale puisse être sélectivement située à dif- férentes distances, en termes de courant de gaz, de l'orifice de sortie des gaz, un système de recirculation des gaz est prévu pour introduire des gaz venant d'une position au-delà de 1?accès du gaz de combustion au surchauf- feur,
et les amener dans une position dans la chambre voisine de la. situation de la zone de combustion plus - ou la plus - éloignée de l'orifice de sor- tie des gaz, et des dispositifs de commande sont appliques à la fois pour agir sur le courant de gaz recirculé et pour faire varier sélectivement la situation de la position moyenne de la zone de combustion principale par rap- port à l'orifice de sortie des gaz.
L'invention comprend également un groupe générateur et sur- chauffeur, de vapeur comprenant une chambre de combustion ayant des parois avec tubes de paroi pour la génération de vapeur', et un orifice de sortie des gaz permettant leur passage en direction d'une section de convection comprenant un surchauffeur par convection, caractérisé en ce qu'un système de recirculation de gaz est agencé pour introduire des gaz d'une position au-delà de l'accès des gaz de combustion au surchauffeur, et les amener dans une position de la. chambre plus éloignée de l'orifice de sortie des gaz que les dispositifs de combustion associés à la chambre, et que des moyens sont prévus pour agir sur le courant de gaz recirculé et pour faire varier la distance moyenne, en termes de courant de gaz,
entre la zone de combustion principale dans le foyer et l'orifice de sortie des gaz.
L'invention comprend en outre un groupe générateur et surchauf-' feur de vapeur comprenant une chambre de combustion à parois comprenant des tubes de paroi pour la génération de vapeur, et un orifice de sortie de gaz pour le passage des gaz vers une section de convection comprenant un surchauffeur par convection, caractérisé en ce que des dispositifs de combustion de combustible permettent de varier sélectivement la position de la zone de combustion principale en 1-'éloignant plus ou moins de l'orifice de sortie de, gaz en termes de courant de gaz,
qu'un système de recirculation de gaz est agencé pour introduire des gaz venant d'une position au-delà de 1?accès des gaz de combustion au surchauffeur et les amener dans la chambre dans une position voisine de 1-'emplacement le plus éloigné de l'orifice de sortie de gaz, et que des dispositifs de commande coordonnent concurremment le taux de combustion du combustible et la vitesse d'écoulement des gaz recirculés.
L'invention comprend encore un groupe générateur et surchauf- feur de vapeur comprenant une chambre de combustion à parois munies de tubes de paroi pour la génération de vapeur, et un orifice de sortie de gaz permettant leur passage vers une section de convection comprenant un surchauffeur par convection, caractérisé en ce que des dispositifs de combus- tion pouvant être commandés séparément sont placés à des endroits de la chambre de plus en plus éloignés, en termes de courant de gaz, de l'orifice de sortie des gaz, qu'un système de recirculation des gaz est agencé pour introduire des gaz de combustion d'une position au-delà de l'accés des gaz de combustion au surchauffeur dans une position dans la chambre de 'combustion,
voisine des dispositifs de combustion plus - ou les plus - éloignés de l'orifice de sortie de gaz, et que des dispositifs de commande assurent la régulation de la température de surchauffe de la vapeur pour une gamme de charges en-dessous de la charge servant de point de contrôle, par l'intermédiaire de dispositifs comprenant un dispositif agissant sur la recirculation des gaz et un dispositif agissant sur la vitesse d'alimentation en combustible des dispositifs de combustion se trouvant à l'endroit de la chambre plus éloigné ou le plus éloigné de l'orifice de sortie de gaz.
Suivant un mode de fonctionnement de ces dispositifs de commande, l'alimentation en combustible des dispositifs de combustion à l'endroit du four ou aux endroits du 'four plus proches de lorifice de sortie des gaz que d'autres dispositifs de combustion est'maintenue constante pour une gamme de charges,pour lesquelles les dispositifs de commande assurent
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le réglage de la température de surchauffe de la vapeur par la recirculation des gaz et l'alimentation variable en combustible des dispositifs de combustion plus éloignés ou les plus éloignés dans la chambre de l'orifice de sortie des gaz.
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L-'inventJon sera décrite ci-après, à titre d'exemple, aveg référence aux dessins annexés dans lesquels les figs. 1, 2 et 6 sont sbhématiques en partie, et où
Fig. 1 est une vue de côté en coupe d'un groupe générateur et surchauffeur de vapeur comprenant des brûleurs à différents niveaux, un modérateur et un système de recirculation de gaz.
Fig. 2 est une vue de face en coupe partielle prise suivant la ligne 2-2 de la fig. 1, montrant l'agencement des rangées de brûleurs et leurs communications avec la chambre à air secondaire.
Fig. 3 est une vue schématique du système de réglage de surchauffe pour la marche automatique du groupe de la fig. 1.
Fig. 4 est une vue schématique d'une partie-supplémentaire du système automatique servant à régler le système de recirculation du gaz pour le réglage de la surchauffe.
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Fîg. 5 est une diagrptame portant des courbes illustrant la gamme élargie de charges pour lesquelles on peut maintenir la même température de vapeur; la température de la vapeur est représentée par les ordonnées et la charge en % par les abscisses, et
Fig. 6 est une vue en coupe de côté d'un groupe générateur et surchauffeur de vapeur modifié.
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Le groupe générateur" et surchauffeur re'pré8è-iÍii1u:f;la' i.' 1 comprend un foyer verticalement allongé 10, avec un fond es-trémie 1,1.1\?è.t un orifice de sortie 12 à sa parti e l5upérî eure> pour 1ft, ga7.1-de c#lbws:t:'! on. Le.e Hm! 'te 15 d-a-f'07er, -telles -la par-ôi<14,1èmfrL'Dj .ê1 te?,é:r7-a169 (l'une de ces dernières est en regard de l'observateur) le plafond 18, la voûte 20 et les parois de fond en trémie 22 et 24 sont définies par des tubes de génération de vapeur dont les extrémités supérieures sont en communication avec le réservoir de vapeur et liquide 26. Les extrémités inférieures des tubes sont reliées à des collecteurs appropriés, tels que 28 et 30, reliés à des tuyaux de descente en communication avec l'espace occupé par le liquide dans le réservoir 26.
La voûte 20 sous l'orifice de sortie de gaz 12 est formée d'une rangée de tubes 32 repliés hors du plan de la paroi arrière 16, et certains de ces tubes s'étendent vers le haut du nez de la voûte jusqu'au plafond; c'est le cas pour la rangée 34,dans laquelle les tubes sont plus largement espacés que dans la voûte et forment un écran devant l'orifice de sortie de la chambre de combustion jusqu'à la chambre de surchauffe. Les autres tubes 36 de la rangée de la voûte sont inclinés vers l'arrière, rejoignent le plan de la paroi arrière du foyer et s' étendent vers le haut dans ce plan.
Le passage des gaz venant de l'orifice de sortie des gaz du foyer comprend une galerie horizontale 35 et une galerie descendante 52, reliées en série. La surface de surchauffe par convection comprend une section de surchauffe primaire comportant plusieurs éléments à boucles multiples 50, écartés latéralement l'un de l'autre et plusieurs éléments à boucles multiples 48, écartés latéralement l'un de l'autre, ces divers éléments s'étendant transversalement par rapport à la galerie 52 et les éléments 50 étant respectivement reliés en série aux éléments 48,
et un surchauffeur secondaire comprenant plusieurs éléments à boucles multiples 37 écartés latéralement l'un de l'autre et respectivement reliés en série à plusieurs éléments à boucles multiples 38 écartés latéralement l'un de l'antre, les éléments 37 et 38 étant suspendus transversalement dans le passage 35.
Le collecteur d'entrée 54 des éléments 50 est relé à l'espace occupé par la vapeur dans le réservoir 26 par des tubes 56, 58 et 60 reliés
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en série, et le collecteur de sortie 46 des éléments 48 est relié par la conduite 44 au collecteur d'entrée 40 du surchauffeur secondaire, tandis que les extrémités de sortie des éléments 38 sont reliées au collecteur de sortie de la vapeur surchauffée 43, relie à son tour par des'canalisations non représentées à l'appareil utilisant la vapeur. La conduite'44 comprend une section 42 contenant un désurchauffeur ou modérateur à pulvérisation du type décrit dans le brevet belge n 475.434.
Un économiseur comprenant plusieurs éléments à boucles multi- ples 68 écartés latéralement l'un de l'autre et respectivement reliés en série à plusieurs éléments à boucles multiples 70 écartés latéralement l'un de l'autre, est placé dans la galerie 52 en-dessous du surchauffeur par con- vection et présente un collecteur d'entrée 74 et un collecteur de sortie 72 respectivement reliés à une source d'eau d'alimentation et à l'espace occu-' pé par l'eau dans le réservoir 26. Un canneau 76, contenant des régulateurs
78 relie la galerie 52 à l'orifice d'entrée des gaz d'un réchauffeur d'air
80 à régénération, lequel est relié par un carneau approprié à la cheminée, non représentée.
Le foyer 10 est muni de plusieurs rangées verticalement écar- tées de brûleurs 62,64 et 66, séparément reliés à une source de pression supérieure à la pression atmosphérique, à une source d'air préchauffé pour la; combustion et également à des sources de combustible telles que, par exemple,'les pulvérisateurs C, B et A.
Une soufflerie réglable à tirage forcé 94 est disposée de ma- nière à fournir de l'air sous pression pour la combustion par le conduit 96 au réchauffeur d'air 80, et des éléments de conduite, reliés en série, 102, 100 et 98 amènent l'air chaud à l'orifice centrée 126 de la chambre à air secondaire 104 entourant les différentes rangées de brûleurs. Des cloisons 106, 108 et 110 divisent une partie de la chambre à air secondaire en cham- bres à air verticalement espacées 112, 114, 116 et 118, chacune de ces chambres étant -reliée à la partie 128 de la chambre à air secondaire par sa série individuelle de régulateurs 130,129, 131 et 133.
Chacun des trois brûleurs de chaque rangée horizontale est re- lié au même pulvérisateur par une conduite séparée pour l'air primaire et le combustible pulvérisé. Des conduites 134, 135 et 136 relient les brû- leurs 62 au pulvérisateur C, des conduites 146, 147 et 148 relient les brû- leurs 64 au pulvérisateur B, tandis que des conduites 140, 141 et 142 re- lient les brûleurs au pulvérisateur A.
Les pulvérisateurs de charbon, exem- ples de sources d'alimentation réglable en combustible fluide à brûler en suspension dans le foyer, sont du type à balayage par air dans lequel la vitesse d'alimentation des brûleurs en combustible est modifiée en agis- sant sur la vitesse d'écoulement du courant d'air primaire qui les traver- seo
Une soufflerie d'air primaire 123 placée entre les extrémités de la conduite 124 aspire de l'air préchauffé de la chambre 118 et de l'air tempéré par la conduite 152 munie de régulateurs et l'introduit dans le pul- vérisateur A sous le contrôle d'un régulateur de volume 150.
Bien qu'une soufflerie d'air primaire ait été représentée et décrite uniquement en rap- port avec le pulvérisateur A, des éléments séparés correspondants d'alimen- tation en air primaire sont prévus pour les pulvérisateurs B et C et re- goivent respectivement l'air préchauffé par des tuyaux 122 et 120.
Une recirculation réglable des gaz, analogue en-principe à la recirculation décrite et revendiquée dans le brevet belge n 503.778, fait partie du système de réglage de la température de surchauffe- du groupe.
Le dit brevet se rapporte à un procédé et à un appareil pour le réglage de la surchauffe de la vapeur dans lequel la transmission de chaleur par rayonnement de la zone de combustion et des gaz du foyer aux parois du foyer refroidies par un fluide, est modifiée par l'introduction de gaz de chauffe venant d'une position entièrement ou partiellement en
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aval du surchauffeur dans le foyer, de façon à intercaler entre la zone de combustion principale et une partie appréciable de la surface de la paroi du foyer refroidie par un fluide, une couche ou stratum de gaz à température relativement basse, pour faire varier la transmission de chaleur parrayonnement aux tubes de génération de vapeur des parois et régler ainsi l'apport de chaleur des gaz de chauffe quittant le foyer et s'écoulant autour du surchauffeur.
Gomme on peut le voir sur la fig. 1, l'orifice d'aspiration d'une soufflerie 82 est relié par un tuyau 84 et par l'intermédiaire de l'ouverture 86 au carneau reliant la galerie 52 à l'orifice d'entrée des gaz ch réchauffeur d'air. La sortie de la soufflerie est reliée par la conduite 88 contenant un régulateur 400 à plusieurs orifices de sortie de gaz ou ajutages 90 disposés en rangée allongée et débouchant par les espaces compris entre les tubes entre les extrémités inférieures des tubes formant les pa-' rois de la trémie dans l'espace en-dessous de l' étranglement 92 de la trémie du foyer.
Les niveaux des trois jeux de brûleurs sont indiqués par les lignes a-a, b-b, c-c sur la vue en coupe de la fig. 1. Le niveau a-a de la rangée supérieure est suffisamment bas par rapport à l'orifice de-sortie 12 des gaz du foyer pour que, dans les conditions de température maximum , du foyer possibles, la température des gaz quittant le foyer ne dépasse pas une valeur déterminée d'avance, essentiellement basée sur la température de fusion des cendres. Le niveau de la rangée inférieure c-c se trouve- à une hauteur suffisante au-dessus du fond de la trémie pour que le refroi- di ssement désiré des particules de cendre se séparant des produits de combustion et tombant dans la trémie se produise pendant leur passage vers la chambre de rassemblement des cendres en-dessous de l'étranglement 92.
L'écartement des rangées verticales peut varier entre 8 et 15 pieds (2,40 m et 5. m) pour prendré en considération ces divers facteurs et la modification voulue de l'absorption de chaleur par les parois du foyer.
Lorsque le groupe fonctionne sous charge maximum ou dans le domaine des charges supérieures, quand les trois rangées de brûleurs sont en service et que le combustible est fourni de façon sensiblement uniforme à tous les brûleurs, la zone de combustion principale se trouve en face des brûleurs à condition que ceux-ci soient du type à flamme courte et à tourbillon. Le niveau moyen de la zone de combustion principale peut être représenté par la ligne b-b.
D'autre part, lorsque la charge imposée au groupe est telle que deux rangées de brûleurs fournissent une quantité de combustible suffisante, et que seules les deux rangées 62 et 64 sont en service, la zone de combustion principale se trouve à un niveau plus élevé, et son niveau moyen peut être représenté par les lignes d-d entre les lignes a-a, et b-b, à condition que les brûleurs 66 ne soient pas en service et que la zone prin- cipale de combustion active ne s'étende pas vers le bas du foyer, parce que le courant d'ensemble des gaz est dirigé vers le haut et vers l'orifice de sortie 12 des gaz du foyer.
Fig. 5 est un graphique montrant le plus grand accroissement de surchauffe qu'on peut obtenir par l'utilisation combinée de la reci rcu- laton des gaz et de la modification du niveau de la zone de combustion, comparé avec l'accroissement qu'on peut attribuer à la somme des effets de la recirculation des gaz et de la modification de la zone de combustion, considérés individuellement et utilisés séparément. Ces diagrammes correspondent aux résultats qu'on peut obtenir dans une installation du type représenté sur la fig. 1 ou sur la fig. 6, pourvue de dispositifs permettm t de déplacer le niveau moyen de la zone de combustion.
La courbe inférieure M-M' indique l'évolution de la température de surchauffe, toutes les rangées de brûleurs étant en service. La courbe suivante N-N', sensiblement parallèle à la courbe M-M' représente
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les résultats de surchauffe qu'on peut obtenir en déplaçant le niveau de la zone de combustion, en supprimant le fonctionnement de la rangée inférieure de brûleurs et en faisant supporter la charge par des brûleurs superposés.
C9est ainsi que pour une charge de 40%, la courbe N-N' indique une températu- re de vapeur approximativement égale à 878 F (470 C) tandis que la courbe
M-M' Indique pour la même charge une température de vapeur de 854 F appro- ximativement (455 C). En déplaçant la zone de combustion, on obtient donc une élévation de température de 24 pour la même charge. Cependant, si on utilise les mêmes rangées de brûleurs que pour la courbe M-M' et qu.'on fait recirculer une quantité constante de gaz vers la partie inférieure du foyer, la température de la vapeur atteint, suivant la courbe 0-0' approsimativeme nt
937 F (502 G) sous une charge de 40%.
La recirculation des gaz provoque donc un accroissement de surchauffe de 854 F à 937 F, soit un accroissement de 83 F (47 C) . Si l'on utilise les mêmes brûleurs que pour la' courbe N-N', mais en faisant recirculer la même quantité de gaz que pour la courbe 0-0 " la température de la vapeur, au 11 eu de suivre la courbe N-N' suit la cour- be R-P' et atteint 982 F (528 C) pour une charge de 40%, l'accroissement d'ensemble étant donc de 982 - 854 soit 128 F (73 C).
Séparément, l'accroissement dû au déplacement du niveau de là zone de combustion vers le haut atteint 24 , tandis que l'effet de la recir- culation des gaz pendant la combustion au niveau supérieur est de 83 , ce -qui fait qu'on peut compter une élévation totale de température de 24 + 83 = 107 . Une élévation supplémentaire de température de vapeur de 128 - 107 = 21 est obtenue grâce à la combinaison de la recirculation des gaz et de la modification du niveau de la zone de combustion.
On voit donc qu'en relevant la zone de combustion, la recirculation devient plus efficace et qu'on obtient une plus forte élévation de la température de surchauffe qu'en ne relevant pas la zone, sans consommation supplémentaire de force ' motrice, par la soufflerie de recirculation et sans sacrifier les caractéristiques essentielles de fonctionnement du foyer.
L'effet de réglage amélioré de la surchauffe obtenue par la recireulation des gaz combinée à la modification du niveau de la zone de combustion provient du changement des conditions de transmission de chaleur dans le foyer. Les changements de la vitesse moyenne des gaz et de la longueur du trajet du courant de gaz dans la partie supérieure du foyer, modifiant la durée d'exposition à la transmission de chaleur des gaz traversant la partie supérieure du foyer. L'écartement de la position de la zone de combustion d'une paroi du foyer soumise à l'effet des gaz en recirculation, obtenu par exemple en relevant le niveau moyen de la zone de combustion de b-b à d-d constitue également un facteur augmentant l'effet de réglage de la surchauffe.
Cet effet est fonction du changement du rapport entre la surface des parois du foyer absorbant la chaleur en-dessous du niveau de la zone de combustion principale et la surface du foyer absorbant la chaleur au-dessus de la zone de combustion principale. '
L'appareil de réglage représenté sur les figs. 3 et 4 est agencé de façon à faciliter le fonctionnement du groupe suivant le procédé de l'invention. La partie gauche de la fig. 3 des dessins représente un système de réglage agissant sur le taux de combustion de différentes rangées de brûleurs suivant les indications de pression de vapeur et les indications de charge de la chaudière. Dans l'appareil utilisé dans ce but, un élément 160, sensible à la pression de vapeur, est associé à la soupape pilote 162 par des éléments 164.
Cette soupape pilote et les autres soupapes pilotes décrites plus loin peuvent être construites suivant le brevet anglais n 42505070 La soupape pilote 162 règle la charge dans la conduite 166 reliée à un relais 168, analogue de préférence au relais représenté sur la fig. 4 du brevet anglais n 4610389. La différence de charge est transmise du relais 168 par l'intermédiaire de la conduite 170 et par la soupape sélectrice 172 dans la conduite 174 à un dispositif de réglage du taux de pulvérisation 176.
Des charges de commande réglées sont trans-
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mises du disposait de commande 176 par les conduites 192 et les conduites
193, 194 et 195 respectivement aux soupapes sélectrices'197, 198 et 199 et par les conduites de sortie 200, 201 et 202 au dispositif de commande 203 du régulateur d'air primaire 150 du pulvérisateur A et aux dispositifs der commande 204 et 205 des régulateurs d'air primaire des pulvérisateurs B, C respectivement. La charge dans la conduite 174 est également transmise à un relais équilibreur 210 par une conduite 178.
Ce relais est construit de préférence suivant le brevet américain n 2.098.913, et la charge créée par ce relais dans la conduite 212 est la résultante des effets combinés de la charge dans la conduite 178 et de la charge dans une conduite 214 s'éten- dant entre un relais 190 et le relaie 210. La conduite 214 transmet'des charges dépendant des variations de la charge de la chaudière, traduites par les variations du courant de vapeur et du courant d'air, indiquées respec- ' tivement par un appareil de mesure de l'écoulement de vapeur 180 et un appa- reil de mesure de l'écoulement d'air 182.
Les indications de ces appareils sont combinées de façon réglable par les éléments 184 et sont transmises dé façon variable au moyen d'une soupape pilote 186, par l'intermédiaire d'une conduite 188, au relais 190 et de là au relais équilibreur 210. La pression de sortie combinée du relais 210 est transmise à une conduite 212 par l'in- termédiaire de soupapes sélectrices 216 et 218. Une conduite 220 transmet la charge d'entrée de la soupape sélectrice 216 à un relais 222 qui trans- met une charge de sortie modifiée par l'intermédiaire d'une conduite 224 à un dispositif 226 agissant sur le régulateur de tirage forcé..
La charge de sortie du relais 218 est transmise par une con- duite 228 à un relais différentiel 230, relié par une conduite 232 à un tachymètre hydraulique 234 associé à la soufflerie de tirage forcé, et par une autre conduite 236 transmettant la charge à un relais 238. Ce relais est construit de préférence suivant le brevet américain n 2.441.405. La' - charge de sortie du relais 238 est transmise par une conduite 240 à des dis- positifs 242 et 244 agissant sur la soupape de réglage de l'embrayage hydrau- lique de la soufflerie à tirage forcé. Le courant d'air pour l'air de combustion dépend donc des impulsions de la pression de vapeur et du rap- port courant de vapeur/courant d'air agissant sur la position du régula- teur et sur la vitesse de la soufflerie à tirage forcé.
Le tirage du foyer est directement réglé par le dispositifde commande 250 du tirage du foyer pour régler en conséquence la vitesse de la soufflerie du tirage induit et modifier la position de son régulateur par l'appareil indiqué du côté droit de la fig. 3. Cet appareil comprend un relais 252, analogue aux relais 168 et 190, auquel une charge d'entrée est transmise par l'intermédiaire de la conduite 254 par la soupape pilote 256 reliée par 258 au dispositif de réglage du tirage 250. La charge de sortie du relais 252 est transmise par une conduite 260 et respectivement par des conduites 261 et 262 à des soupapes sélectrices 264 et 266. La pression de sortie de la soupape sélectrice 264 est transmise par une conduite 268 et forme la chargé d'entrée du relais de calibrage 270.
La pression de sortie de ce relais est transmise par une conduite 272 à un dispositif '274 entrai- nant le réglage du régulateur de sortie du tirage induit.
La pression de sortie réglée venant de la soupape sélectrice
266 est transmise par une conduite 276 à un relais différentiel 278, relié par une conduite 280 à un tachymètre hydraulique 282 associé à la souffle- rie du tirage induit. Venant également du relais 278, une conduite 284 transmet la charge à un relais 286. La charge modifiée et réglée venant de ce relais est transmise par une conduite 288 à des dispositifs 290 et
292 agissant sur des soupapes d'embrayage hydraulique 294 et 296 d'un em- brayage hydraulique servant à faire varier la vitesse de la soufflerie.
Dans le système de commande décrit ci-dessus, les valves sé- lectrices 197, 216 et 266 par exemple, sont de préférence construites sui- vant le brevet américain n 2.202.485 et les dispositifs de mesure du cou- rant de vapeur et du courant d'air 180 et 182, reliés l'un à l'autre, son
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sont construits et agences en gros suivant le brevet américain n 1.962.676.
Les relaisdifférentiels et équilibreurs faisant partie de ce système de commande sont de préférence construits suivant le brevet américain n 2. 098.913.
Pour des charges de chaudière auxquelles la température finale de la vapeur serait inférieure à la valeur optimum, la température est re- levée en faisant recirculer les gaz des carneaux. Les commandes de recir- culation des gaz des carneaux sont indiquées sur la figure 4. Dans ce systéme, les trois impulsions de commande sont la charge de la chaudière, tra- duite par un dispositif de mesure 300, la température finale de la vapeur, traduite par un dispositif de mesure 302 et le courant de gaz recirculé in- diqué par un dispositif de mesure d'écoulement 304.
Au point de vue recir- culation des gaz des carneaux, l'impulsion correspondant à la charge de la chaudière et fournie par l'appareil de mesure 300 diminue la quantité des gaz en recirculation à mesure que la charge de la chaudière augmente. Ce changement dans l'écoulement des gaz recirculés s'effectue par le réglage du régulateur 306 placé dans la conduite 84 aboutissant à la.soufflerie de gaz de recirculation 82. L'indicateur d'écoulement 304 agit sur le régula- teur par l'intermédiaire d'une soupape pilote 308, d'une conduite 310, d'un relais 312, d'une conduite 314, d'une soupape sélectrice 316 et d'un dispositif 318 commandant le régulateur.
La température de surchauffe ou température finale de la vapeur Indiquée par le dispositif' d'enregistrement de la température 302 fourni t des impulsions de commande agissant sur le ré- gulateur de gaz 306 en recirculation par l'intermédiaire d'une soupape pilote 320, d'une conduite 322, d'un relais 324, d'une conduite 326, d'une' conduite 328, d'un relais 330, d'une conduite 332 'et par le relais 312 et les éléments antérieurement décrits qui le relient au régulateur. Les im- pulsions fournies par la charge de la chaudière et traduites par le dispos!- tif de mesure 300 agissent par l'intermédiaire d'une soupape pilote 334 et d'une conduite 336 aboutissant au relais 330.
A ce relais, l'effet des im- pulsions provenant de la charge de la chaudière, est modifié par l'effet des impulsions de la température de la vapeur arrivant au relais 330 par la conduite 328, la résultante ainsi modifiée agissant par l'Intermédiaire de la conduite 332, du relais 312 et des éléments antérieurement décrits qui le relient au régulateur 306.
Le système de commande représenté par la fig. 4 assure la mise en marche et l'arrêt automatique de la soufflerie de recirculation 82 à l'interventi on d'un dispositif de commande 340. Ce dispositif agit par une pression de charge sur un dispositif de réglage 348 de la soupape de com- mande 342 d'un désurchauffeur ou modérateur à pulvérisation, la dite pres- sion de charge agissant par l'intermédiaire d'une conduite 344 venant d'une conduite'de charge 346 reliée au dispositif de réglage 348. L'autre pres- sion de charge agissant sur le dispositif de réglage 340 agit par l'intermé- diaj re d'une conduite 350 venant de la conduite 314 reliée au dispositif de réglage du régulateur 306 de recirculation des gaz.
Les points de contact 352 et 354 du dispositif de commande sont réglés de manière à fermer le cir- cuit du moteur 356 de la soufflerie des gaz en réel roulât!on lorsque la pres- sion de charge qui s'exerce sur le désurchauffeur à pulvérisation tombe sous une valeur déterminée, 4 livres par exemple, et, lorsque la pression de char- ge agissant sur la commande 318 du régulateur de recirculation s'élève à une valeur déterminée, 3 livres . par exemple, à mettre en manche le moteur de la soufflerie de recirculation. A mesure que la charge de la chaudière augmente, la pression dans la conduite 314 vers la commande 318 du régula- teur de recirculation diminue tandis que la charge du désurchauffeur à pulvérisation augmente dans la conduite 346, fournissant ainsi un point de commande très positif pour le circuit alimentant le moteur 356.
Le disposi- tif de commande 340 peut être réglé de manière à mettre le moteur 356 en marche pour n'importe quel rapport entre les deux pressions de charge, ce qui permet de mettre en marche le moteur de la soufflerie 'pendant que le désurchauffeur est en service ou d'assurer une interruption entre la période
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de fonctionnement du désurchauffeur et la mise en service de la soufflerie de recirculation.
Pour des charges plus élevées de la chaudière, auxquelles la température de la vapeur dépasserait la température finale désirée, la température finale de la vapeur est réduite en pulvérisant de l'eau dans le désurchauffeur 42 en quantité réglée pour obtenir la température finale âppro- priée. Pour régler la quantité d'eau de pulvérisation requise pour maintenir la température désirée aux charges élevées, la soupape de commande 342 du désurchauffeur reçoit des impulsions représentant respectivement la charge de la chaudière d'après le dispositif de mesure 300, la température finale de la vapeur d'après le dispositif de mesure 302 et la température à la sortie du désurchauffeur.
Les impulsions représentant la température àla sortie du désurchauffeur sont fournies par le dispositif de mesure de température 302 et transmises par une,soupape pilote 360 et une conduite 362 aboutissant au relais 364. Les impulsions représentant la température finale de la vapeur agissent sur le relais 364 pour modifier l'effet de relais des impulsions provenant de la température à la sortie du désurchauffeur, par l'Intermédiaire de la soupape pilote 320, de la conduite 322, du relais 324, de la conduite 326, du relais 366 et de la conduite 368. Au relais 366, les impulsions représentant la température finale de la vapeur sont modifiées par des impulsions représentant la charge dela chaudière réglée par le dispositif de mesure 300 et une soupape pilote 370 et transmises par une conduite 372.
Le système de commande indiqué sur la fig. 4 comprend également un dispositif électrique (non représenté) commandé par le circuit du moteur de la soufflerie de recirculation pour maintenir la commande 18 du régulateur de recirculation en position fermée-tant que le moteur de la soufflerie n'est pas en service. En outre.de ce dispositif, le système comprend une série supplémentaire de volets de fermeture (non représentés) dans la conduite de recirculation, qui s'ajoute au régulateur de réglage 306. Comme le montre la fig. 1, un évent 406 est relié à la conduite 88 et muni d'un régulateur 402.
Entre l'évent etles ajutages 90 se trouve un- régulateur 400. Les régulateurs 400 et 402 sont associés au mécanisme de réglage de façon que le régulateur 402 et par conséquent l'évent 406 et le régulateur 400 soient ouverts lorsque la soufflerie 82 n'est pas en service.
Le régulateur 306 est alors fermé. Le fait que l'évent est ouvert à ce moment empêche le courant des gaz chauds de combustion venant du foyer de passer directement par l'orifice d'entrée 86 du système de recirculation, des gaz.
Grâce à l'agencement décrit ci-dessus, du groupe de génération et de surchauffe de vapeur, des dispositifs réglables d'alimentation en combustible et du système de commande, le groupe peut fonctionner sous une large gamme de charges en fournissant de la vapeur à une température sensiblement constante. Le mode de fonctionnement suivant le procédé est dé- cri t ci-après.
Lorsque le groupe fonctionne à une charge correspondant à 100% de sa capacité, ou voisine de cette valeur, le combustible est fourni aux trois rangées de brûleurs par leurs pulvérisateurs respectifs A, B et C.
Le réglage de la vitesse de combustion est effectué par la variation automatique de l'alimentation en air primaire des pulvérisateurs individuels d'après les indications de la pression de vapeur, considérées comme mesure de la demande en vapeur.
Lorsque cette demande diminue et que la pression de vapeur tend à augmenter,la quantité de combustible fournie au brûleur est automa- ti quement réduite.
A mesure que la charge diminue, la chaleur absorbée par le surchauffeur diminue, et lorsque la charge descend en-dessous du point de réglage correspondant à une température finale de vapeur de 1000 F (538 c)
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et à une charge de 79% environ, comme indiqué sur la fig. 5 , la températu- re de la vapeur fournie serait inférieure à la température optimum sans la modification de fonctionnement automatiquement amorcée par le système de commande.
Lorsque la charge passe en-dessous du point de réglage, le'dis- positif de mesure de la température de la vapeur 302 met en marche la souf- flerie de recirculation et, en introduisant du gaz en recirculation provo- que une modification de l'absorption de chaleur par les parois du foyer tout en laissant une quantité suffisante de chaleur dans les gaz passant sur le surchauffeur pour atteindre la température optimum.
Si la charge ou la demande en vapeur se réduit davantage, le' dispositif automatique-de réglage de la combustion réduit l'alimentation en combustible de tous les pulvérisateurs et la quantité de gaz recirculés augmente automatiquement suivant les conditions de température de la vapeur.
Pour une certaine charge intermédiaire dont la valeur peut être observée par l'opérateur sur le dispositif 300 indiquant la charge de la chaudière, le taux de recirculation des gaz est porté à une valeur maximum déterminée d'avance, indiquée par le dispositif de mesure d'écoulement 304. A l'aide de ces indications, 1'opérateur peut modifier le fonctionnement du groupe lors d'une nouvelle réduction de la charge en agissant sur la soupape sélec- trice 197 pour rendre indépendant le dispositif de réglage 203 associé aü régulateur 150 dans la conduite d'alimentation en air primaire du pulvérisa- teur A. Ce dispositif 203 ferme alors automatiquement le régulateur 150 et le passage du combustible du pulvérisateur A vers la rangée inférieure du brûleur 66 est interrompu.
L'alimentation par le pulvérisateur A étant supprimée, l'alimen- tation en combustible par les pulvérisateurs restants B et C sera augmentée de façon correspondante pour maintenir la pression de vapeur. Cependant, comme le niveau moyen de la zone de combustion principale est porté d'un niveau représenté approximativement par la ligne b-b (avec tous les brûleurs en service) à un niveau représenté approximativement par la ligne d-d sur la fig. 1, l'augmentation de l'effet de surchauffe antérieurement décrit donnerait une température de vapeur supérieure à la température optimum si l'on poursuivait la recirculation de gaz au taux maximum déterminé d'avance avec les trois pulvérisateurs en service et le niveau correspondant à l'u- tilisation des trois brûleurs.
Le dispositifde mesure de la température de la vapeur est sensible à cette tendance à l'augmentation de la température de la vapeur et réduit automati quement, par l'intermédiaire de ses éléments de commande, la quantité des gaz en recirculation pour obtenir la valeur optimum de la température de la vapeur.
Lorsque la charge est portée à une valeur telle qu'on considè- re souhaitable d'utiliser les trois pulvérisateurs et'les trois rangées correspondantes des brûleurs, l'opérateur mettra en service le pulvérisa- teur A qui se trouvait au repos et, lorsque celui-ci aura atteint sa vites- se de fonctionnement normal et fournira du combustible sous contrôle ma- nuel, le soumettra à l'action du système de réglage automatique par manipu- lation de la soupape sélectrice 197, transmettant ainsi la pression de ré- glage de la conduite 193 à la conduite 202.
La fige 6 des dessins montre un groupe générateur et surchauf- feur de vapeur ayant une chambre verticalement allongée 500, de section transversale rectangulaire, dont les parois avant et arrière 502 et 504 sont respectivement délimitées par des tubes droits de génération de vapeur 506 et 508. Les parois latérales opposées comportent des tubes de parois similaires reliant directement les collecteurs supérieur et inférieur 510 et 512. Les tubes de la paroi avant et les tubes des parois latérales au voisinage des brûleurs sont'muni de tenons métalliques et recouverts de matière réfractaire 600.
Tous les tubes de parois sont en communication
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avec le système de recirculation qui comprend un réservoir supérieur à vapeur et eau 514 et un réservoir inférieur à eau 516 reliés par des séries 518 et 520 de tubes de génération de vapeur. Les tubes 506 et 508 aboutissent au réservoir 514 et comprennent à leurs extrémités inférieures des collecteurs 522 et 524 respectivement, reliés de manière connue au réservoir.
Sur le trajet des gaz venant du foyer se trouvent des groupes de tubes coudés 526 formant écran, et prolongeant les tubes 508 de la paroi arrière.
Un surchauffeur du type suspendu, chauffé par convection, formé de deux séries de tubes 529 et 530, est placé sur le trajet des gaz entre les tubes formant écran et la série de génération 518, les tubes formant écran étan disposés de façon à protéger les tubes surchauffeurs du rayonnement du foyer.
En l'occurrence, les tubes du surchauffeur reçoivent la chaleur par transmission par rayonnement et convection à partir du courant des gaz de chauffage, mais la transmission par convection domine vu le faible écartement latérale des tubes et la température relative des gaz. Si la surchauffe était placée dans une zone de gaz à température plus élevée avec un écartement latéral plus grand, la proportion de chaleur transmise par rayonnement comparée à la transmission par convection augmenterait. La vapeur sort de l'espace occupé par la valeur dans le réservoir 514 par des tubes 532, aboutit à la série de tubes 530 et au collecteur intermédiaire 533 et est dirigée ensuite par la série de tubes 528 vers le collecteur de sortie 534 du surchauffeur.
La chambre de combustion 500 est garnie de deux rangées de brûleurs 536 et 538, disposés horizontalement à différents niveaux, dirigeant le combustible et l'air en combustion en mélange par des orifices de brûleurs correspondants 537 et 539 ménagés dans la paroi avant 502 de la cham- bre. Sur la figure les brûleurs sont alimentés par du combustible pulvérisé, fourni en suspension dans l'air primaire de combustion par des pulvérisateurs 535 par l'intermédiaire de tuyaux d'alimentation 540 et 542 respectivement. Ces pulvérisateurs sont de préférence équipés de mécanismes à soupapes du genre des mécanismes indiqués par les chiffres de référence 60 à 63 sur la fig. 2 du brevet 433.895 pour interrompre le passage du combustible dans certaines conduites à combustible aboutissant au brûleur.
L'air secondaire de combustion chauffé est alimenté sous pression positive à partir d'une chambre 544 entourant les orifices 537, 539 des brûleurs.
Le.foyer représenté est du type à fond en trémie refroidi par l'eau, la paroi arrière 504 et la paroi inclinée de la trémie 548 comprenant des tubes 508 disposés côte-à-côte. Entre la paroi arrière 548 et la paroi inclinée avant 552 de la trémie 550, un étranglement 554 permet le passage des résidus solides incombustibles de la combustion dans une fosse fermée à cendres 557 comportant des parois en regard 556 et 558.
Les brûleurs à combustible pulvérisé 536 et 538 sont des brûleurs de forte capacité, du type à flamme courte et à tourbillon, munisde préférence de di sposi ti fs de réglage secondaire, comme par exemple,les vannes désignées par 44 dans le brevet américain n 2.380.463, pour interrompre le passage de l'air secondaire lorsqu'un brûleur cesse de fonction ner. Les brûleurs sont agencés de manière à Introduire du combustible pul- vérisé et de l'air de combustion en mélange intime à l'Intérieur du foyer par les orifices correspondants ménagés dans la paroi avant.
Les mélanges de combustible et d'air ?'allument dès qu'ils pénètrent dans le foyer et les mélanges brûlants de combustible et d'air, se dirigent vers la paroi arrière du foyer à une vitesse assez considérable, mais la dimension du foyer d'avant en arrière est choisie pour que, même à la vitesse maximum d'Introduction de combustible et d'air., le produit de combustion n'entre pas sensiblement en contact avec la paroi arrière 504 du foyer.
Comme les mélanges de combustible et d'air se dilatent fortement en brûlant, leur vitesse d'Introduction ne se réduit pas rapidement, de sorte que la partie centrale du foyer, c'est-à-dire la zone de combustion principale, peut être considérée comme remplie d'un courant en dila-
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tation de combustible brûlant, d"air et de produit de combustion animé a'ttré vitesse assez considérable, courant qui, sous l'influence du tirage du foyer, se tourne vers le haut dans la direction de la sortie 545 du foyer au ni- veàu du réservoir à eau 516.
Gomme les parois du foyer sont délimitées par des rangées de tubes de génération absorbant la chaleur transmise par rayonnement par le combustible brûlant et les gaz de chauffe engendrés, il est nécessaire de placer les brûleurs 536 et 538 à un ni, au assez bas par rapport à la sortie
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des gaz 545 pour que les gaz se refroi ssent suffisamment pour éviter l'incrustation des tubes 526 formant écran et des tubes 528 et 530 du surchauffeur
Les brûleurs sont également placés à une distance suffisante au-dessus du fond en forme de trémie 550, refroidi par 1-'eau'9 pour que les particules de cendre fondues se séparant du courant de combustible brûlant et,,tombant sur le fond passent par une zone de gaz à température relative.
ment basse en-dessous de la zone de combustion principale à mi-hauteur du foyer, et soient refroidies à la température de solidification pour être éliminées à l'état sec. Bien que le courant principal des produits gazeux
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a haute température de la oombtts-tton se forme au-dessus de cette zone Infë- rieure du foyer. le courant de gaz ne traverse pas directement ce courant parce que 1?espace délimité par la trémie est rempli de courants de gaz tourbillonnant à faible vitesse. Ç pendant, les gaz de la trémie transmet- tent une quantité de chaleur considérable qui est absorbée par les tubes de génération de vapeur doublant les parois de la trémie, et les parois ver- ticales au-dessus du niveau de la zone de combustion.
Le courant de gaz de'chauffe sortant par l'orifice 545 du foyer passe sur les tubes 526 formant écran et les séries de tubes de surchauffe et entre les séries de tubes 518 et 520 de la chaudière, disposées en chi- cane..Les gaz quittent la série 520 de la chaudière à sa partie supérieure
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et la majeure partie des gaz passe, comme l'indiquent les flèohes-562 et¯ 564, dans un réohauffeur d'air 560, du type à régénération, .
d9qÙL ilsëxiri.- gent vers un appareil,provoquant le tirage, comme une soufflerie à tarage induit et/ou une cheminée (non représentée) pour être finalement libérés
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dans l9atmosphéreo
Un système de réel roulât-! on des gaz fonctionnant suivant 1?invention pour renvoyer une partie des gaz inertes quittant la série 520 de la chaudière comprend une conduite verticale 563, une soufflerie de recirculation 566 et des conduites de sortie 568. 569 et 570, reliées en
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série, la conduite 570 s'étendant pratiquement sur toute la longueur dune face de 1-létranglement 5'S. de la trémie et comportant des passages de sortie dans 1-'étranglement 554, entre les extrémités inférieures écartées 574 et 576 des tubes 508.
La conduite 568 contient un dispositif de réglage automatique et un volet de fermeture 590. La conduite 568 est éga- ' lement munie d'une ouverture 584 sur un de ses cotés entre le volet 590 et le passage 5690 Un régulateur 586, d'un. type quelconque à ressort, est' placé dans cette ouverture.
En fonctionnementla réduction de la température de surchauffe avec la réduction de la charge est partiellement compensée par le régla-
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ge des dispositifs commandant la recîreulatîon du ga Inerte, décrits ci- ' dessus. Pour des charges ne représentant aucune fraction de la charge maxi-
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mum, 1?une ou 1-'autre rangée de brûleurs-de combustible peut ètré utilis'ée', bien qu'on préfère, au point de vue réglaget la surchauffe utiliser la rangée supérieure de brûleurs 536 seule, pour les changes les plus faibles. Au cas où'les brûleurs de chaque rangée séparée sont alimentés en combus
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tible' p8Jt un pulvérisateur séparés,
les 'brûleurs d'une rangée peuvent être mi s hors servi ce en fermant le pulvérisateur correspo1tdànt Lorsque les brûleurs 538 fonctionnent seuls et que là chaudière envoie 'des gaz de'ôha1rC fe au réchauffeur d9air (le''niveau moyen'de la zone de'-.combustion' pr1nc:ïpa:-" le se trouvant approximativement en b9-bO) la soufflerie de recirculati on
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566 peut être utilisée pour prélever une partie des gaz à la sortie des gaz de la chaudière, comme l'indique la flèche 566, et pour envoyer ces gaz'
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par les conduites de sortie 568, 569, 570, lorsque le volet 590 est en'positions ouverte.
Les gaz inertes rec3 rculés sont envoyés par la soufflerie dans 1' étranglement de la trémie du foyer et pénètrent dans cet'étranglement avec une vitesse seulement suffisante pour assurer leur répartition
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uniforme sur la longueur de l' étranglement. Les gaz rec3 rculés à fa+blê.%5'- tesse montent dans la trémie et suppriment la tendance des courants tour':
'- billonants de gaz de combustion à haute température récemment formés à-se
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constituer et à circuler à l'intérieur de la zone de la trémie. h'3ntrod,rs- tion continue de gaz inertes plus frais modifie le caractère du trajet'-du courant des produits de combusti on à haute température formés par le combustible récemment brûlé, à mesure que le courant de gaz se-dirige vers l'onfice de sortie des gaz du foyer.
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L9înstallation de chaudière à vapeur représentée est oïanstrû3te pour fournir un maximum de 160.000 livres de vapeur par heure â.-ùne tem- pérature de surchauffe de l'ordre de 900 F (482 C) sous une pression de 660 livres par pouce carré (40 kg/cm2). Les essais de fonctionnement de
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cette installation ont montré qu9en fournissant zoos livres de vapeur par heure, c'est-à-dre 50% de la charge entière, la température de la vapeur surchauffée n'atteint que 750 F (399 G) , la rangée inférieure de brûleurs 538 étant seule en service et installation fonctionnant de la façon ha':'-' bituelle sans recirculation des gaz.
Diaprés les essais, .La recirculation des gaz permet de porter la température de la vapeur surchauffée à 900 F
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(482 C) en utilisant un taux de rec1 rculati on de 28% environ du poids des gaz formés par la combustion du combustible, à la même charge de travail et avec les brûleurs inférieurs seuls en service.
En utilisant seulement les trois brûleurs supérieurs 536 pour une charge correspondante, la température de la vapeur surchauffée atteint '
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8100F (433C) sans recirculat3on des gaz. Un taux de reoirculation des gaz inférieur au taux nécessaire avec la rangée inférieure de brûleurs seule,
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porte facilement la température de la vapeur surchauffée à 900 F (l$2C}.
Les lignes a'-a', be-b9 et c'-c' indiquent les ni veaux'appro- ximatif s de la zone de combustion principale dans trois cas, à savoir : lorsque seuls les brûleurs supérieurs sont en service, lorsque seuls- les brûleurs inférieurs sont en service, et lorsque tous les brûleurs sont en service.
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LJuti1isat10n de l'installation décrite avec et sans recireulation des gaz pour de faibles charges de travail montre que le procédé de l'invent3on permet d9qbtenîr la température de surchauffe désirée, pour une très faible vitesse de fourniture de vapeur, avec l'une ou l'autre rangée de brûleurs en service.
Même pour ces faibles conditions de charge, la. flamme est stable et les mesures de la température de la flamme effectuées
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par les procédés habituels npindiquent pas de changement significatif de Ta température de la flamme dus à 1-'emploi de gaz recirculéso Le régulateur à ressort 586 est utile pour maintenir des condisions satisfaisantes dans le système de recirculat3on de gaz lorsque celui-ci n'est pas utilisé, par exemple aux fortes charges où la température
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de surchauffe désirée peut être atteinte sans recirculation. des gaz.
Dans ces conditions, lorsque la soufflerie 566 ne fonctionne pas et que le volet
590 est en position fermée pour éviter un renversement du sens du courant de gaz par les conduites 570, 569, 568 et 563 , la pression absolue du côté , soufflerie du volet 590 correspondra la pression-régnant à l'endroit où la conduite 563 est reliée à la sortie des gaz de la série 520 de la chaudière.
Le régulateur à ressort 5 86 est construit de façon à rester fermé lorsque la pression dans la conduite dépasse une pression déterminée par rapport avec la pressiondans l'étranglement de la trémie du foyer. Lorsque la pression au régulateur 586 correspond à cette pression déterminée ou lui est inférieure, la pression atmosphérique vainc le ressort du régulateur, et
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ouvre ce dernier pour que l'air atmosphérique soit aspiré par'l'ouverture
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584 dans la conduite 568.
Cette introdücti on ;automatique à'air âtmâs#héL rique à température relativement basse crée un courant d'air frais plutôt qu'un courant de gaz de l'étranglement du foyer dans la conduite 568, la soufflerie 566 et la conduite 563, au cas où le volet 590 ne serait pas étanche au gaz en position fermée.
Les variations du taux de recirculation des gaz sont obtenues ' en réglant la position du volet 590. Ce réglage peut'être'effectué manuel-
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lement par l9opérateur suivant la température de sortie de la vape1ri" sur- ' chauffée. Cependant, un dispositif commandant le volet peut"être relié'a" un dispositif automatique de mesure de la vapeur (-non représentée pour que le taux de reoirculation des gaz soit automatiquement réglé d"âprés'Ià ii6ùE pérature de surchauffe de la vapeur. De cette manière, lorsque *la''temperature de surchauffe tend à diminuer la réduction dé la ah-ar'gé',-16"lolêt est'" automatiquement réglé de façon à permettre la recirculation d'une plus grande quantité de gaz, et vice versa.
Bien que. l'élévation de la température de surchauffe de'la va-
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peur par rec3 rculati on des gaz vers le foyer présente un grand fntéré± - pour le réglage de la température de surchauffe dans la gamme de chargés" normale de fonctionnement de l'installation, l'invention présente également des avantages pour la mise en marche d'une installation lorsqu'on'désire chauffer le foyer et fournir une quantité relativement-faible de vapeur à
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une température minimum déterminée eavance.
Comme l'3.ntrodueton de gaz recirculés suivant¯le procédé de l'invention n'a pas d'influence survie* fonctionnement des brûleurs, il est possible d'utiliser le'procédé décrit
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avec une faible vitesse de fourniture de vapeur., Cette faible'vïfesse est généralement suffisante pour faire démarrer et amener'graduellement'a là'-vitesse voulue l'élément moteur alimenté par la chaudière. L6rsqu'un"élëment moteur au repos, par exemple une turbine à vapeur, est resté à température élevée, 31 n'est pas recommandable d'introduiRe de la vapeur peu surchauffée pour amener là turbine à la vitesse voulue.
L'application de
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1 invention permet de fournir de la vapeur à température relativement élé- vée, même si la vitesse d'alimentation n'atteint que 5 à 20% de la charge entière pouvant être fournie par l'installation.
La surface des ouvertures d'introduction de gaz, déterminée par leur longueur et la largeur des espaces entre les tubes, est telle que les ,gaz sortant des ouvertures pénètrent dans le foyer à une vitesse relativement faible et ne se mélangent pas avec les gaz formés par combustion directe du combustible, vu les vitesses relatives de ces gaz. Les gaz recircules ainsi introduits s'étalent dans la trémie, en entretenant dès couches de gaz relativement froids entre la zone de combustion principale et les parois .de la trémie, tandis que les gaz de la zone de la trémie aussi-
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tôt réchauffés- s'élèvent et remontent à 19-1 nt éir,eur, du foyer.
L'invention a été décrite en relation avec des brûleurs à combustible pulvérisé mais peut être également utilisée avec d'autres brûleurs à combustible fluide, des brûleurs à huiles ou à gaz par exemple.
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L'introduction des. gaz recirculés inertes- à basse 'température dans le foyer de façon à éviter le mélange de ces gaz soit avec l'air de' combustion secondaire, soit avec le mélange de combustion et d'air fourni par les orifices des brûleurs, est parti culi èrement importante aux points, de vue efficience et rendement stable des brûleurs.
On évite ainsi la dilution 'de Pair de combustion par les gaz inertes recirculés qui .retarderait
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la combustion et allongerait la flamme. te retard de la combustion et l'a1- longement de la flamme dans un foyer entraînent normalement un rendement inférieur de la combustion dû à une.perte plus forte de carbone non consumé, particulièrement dans les cendres volantes.
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IMPROVEMENTS IN METHODS AND APPARATUS FOR ADJUSTING THE TEMPERATURE OF
STEAM OVERHEATING.
The present invention relates to improvements to methods and apparatuses for controlling the superheating temperature of steam in plants for generating and superheating steam of the type in which the fuel is burned in a combustion chamber or hearth whereof 'them. The fluid-cooled walls form a substantial part if not almost all of the steam generating chamber, and wherein the steam produced is superheated by passing through superheating tubular elements heated primarily by transmission of heat through the medium. convection from the heating gases formed by combustion of the fuel in the chamber.
The effect of convection superheating depends on the temperature and mass of the heating gases flowing over the superheating tubes, and these factors in turn depend on the combustion conditions in the chamber and the amount of heat released by the heaters. gases to the walls of the fluid-cooled chamber during the combustion of the fuel and the passage of the generated heating gases towards the outlet of the chamber It is known that the heat transmission to these walls of the chamber can be varied by varying the degree of proximity or the level of the main combustion zone to the gas outlet of the chamber, thereby acting on the temperature of the heating gases passing over the superheating tubes, consequently modifying the superheating effect by convention.
The invention provides a method and apparatus for controlling steam superheat temperatures in a group of the type described in which, in general, both the recirculation of the gases from the furnace and the variations in the position of the furnace are used. the main fuel zone
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tion, to obtain an amplitude and a degree of control of the superheating of the steam greater than that which can be obtained by the only use of the recirculation of the gases in corresponding quantity, or by the only corresponding change of the position of the zone combustion, or by the sum of these individual effects.
The invention reduces draft losses when compared to a process or apparatus achieving the same superheat control by recirculating the gases, but without simultaneously varying the position of the main combustion zone. The invention also reduces the costs of the blower and pipelines, and the driving force required to drive the recirculation blower.
The present invention comprises a method of adjusting the temperature of the superheated steam in a generator and superheater unit comprising a hearth comprising walls with steam generation tubes and provided with an outlet orifice for the passage of gases to a convection section. comprising an overheating surface, characterized in that the high! The desired vapor temperature is obtained by moving the main combustion region within the furnace so that the average length of the gas path from that region to the outlet is reduced, and making recirculating the gases from the furnace cooled by contact with the convection heat exchange surface in a part of the furnace farther from the outlet than said region.
The invention also comprises a method for adjusting the temperature of the superheated steam in a generator and superheater unit comprising a hearth comprising walls with steam generating tubes, and provided with an outlet orifice for the passage of gases coming from it. 'an upper region of the hearth to a convection section comprising a superheating surface, and feed devices supplying respectively streams of fluid fuel to different places of the height of the hearth, characterized in that it is recirculated, in order to increase the temperature of the superheated steam, of the gases of the furnace cooled by contact with the heat exchange surface towards the region of the furnace into which the lower supply devices open,
Whereas the heat absorbed by the parts of the tubes of the walls of the fireplace adjacent to this region is reduced by acting on the quantity of fuel supplied to this region.
According to one embodiment of the method, the fuel is burned in a combustion zone having an average level at mid-height of an elongated combustion chamber to meet a demand for steam under high load, and, to maintain a substantially constant vapor temperature in a range of charges lower than the charge serving as an adjustment point, recirculating gases are taken in a variable manner downstream from the superheating surface to introduce them into the combustion chamber substantially below the average level of the combustion zone to reduce heat transmission to the parts of the chamber wall tubes surrounding the area of the firebox below the combustion zone, and fuel combustion continues at a lower rate in one zone combustion,
the average level of which is higher than the average level of the combustion zone for the high load, which increases the vertical amplitude of the zone of the hearth located under the combustion zone, effects a reduction in the transmission of heat to said parts of the chamber wall tubes, and increases the effect of gas recirculation control on vapor temperature.
The invention also includes a steam generator and superheater unit comprising a combustion chamber having walls with wall tubes for steam generation and a gas outlet to allow the passage of gases to a convection section comprising a superheater. convection, characterized in that fuel combustion devices are placed so that the middle position
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from the main combustion zone can be selectively located at different distances, in terms of gas flow, from the gas outlet, a gas recirculation system is provided to introduce gases from a position at the bottom. - beyond 1 access of the combustion gas to the superheater,
and bring them into a position in the room next to the. situation of the combustion zone more - or the most - distant from the gas outlet orifice, and control devices are applied both to act on the recirculated gas stream and to selectively vary the situation of the average position of the main combustion zone in relation to the gas outlet.
The invention also comprises a generator and superheater, steam group comprising a combustion chamber having walls with wall tubes for the generation of steam ', and an outlet of the gases allowing their passage in the direction of a section. convection heater comprising a convection superheater, characterized in that a gas recirculation system is arranged to introduce gases from a position beyond the access of the combustion gases to the superheater, and bring them to a position of the. chamber further from the gas outlet than the combustion devices associated with the chamber, and that means are provided to act on the recirculated gas stream and to vary the average distance, in terms of gas stream,
between the main combustion zone in the fireplace and the gas outlet.
The invention further comprises a steam generator and superheater unit comprising a walled combustion chamber comprising wall tubes for the generation of steam, and a gas outlet for the passage of gases to a section of gas. convection comprising a convection superheater, characterized in that fuel combustion devices allow the position of the main combustion zone to be selectively varied by moving more or less away from the gas outlet in terms of current gas,
that a gas recirculation system is arranged to introduce gases from a position beyond the access of the combustion gases to the superheater and to bring them into the chamber in a position near the most distant location from the gas outlet, and that control devices co-ordinate the rate of combustion of the fuel and the rate of flow of the recirculated gases.
The invention also comprises a steam generator and superheater unit comprising a combustion chamber with walls provided with wall tubes for the generation of steam, and a gas outlet orifice allowing their passage to a convection section comprising a superheater. by convection, characterized in that separately controllable combustion devices are placed at places in the chamber which are more and more distant in terms of gas flow from the gas outlet than a gas recirculation system is arranged to introduce combustion gases from a position beyond the access of the combustion gases to the superheater in a position in the combustion chamber,
adjacent to combustion devices more - or more - distant from the gas outlet, and that control devices ensure the regulation of the superheat temperature of the steam for a range of loads below the load serving control point, by means of devices comprising a device acting on the recirculation of the gases and a device acting on the rate of fuel supply of the combustion devices located at the location of the chamber most distant or the most away from the gas outlet.
According to one mode of operation of these control devices, the supply of fuel to the combustion devices at the location of the furnace or at the locations of the furnace nearer to the gas outlet than other combustion devices is maintained. constant for a range of loads, for which the control devices ensure
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the control of the superheat temperature of the steam by recirculating the gases and variable feeding of fuel to the more distant or more distant combustion devices in the chamber of the gas outlet port.
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L-'inventJon will be described below, by way of example, with reference to the accompanying drawings in which FIGS. 1, 2 and 6 are partly schematic, and where
Fig. 1 is a sectional side view of a steam generator and superheater unit comprising burners at different levels, a moderator and a gas recirculation system.
Fig. 2 is a front view in partial section taken along the line 2-2 of FIG. 1, showing the arrangement of the rows of burners and their communications with the secondary air chamber.
Fig. 3 is a schematic view of the superheating control system for the automatic operation of the group of FIG. 1.
Fig. 4 is a schematic view of an additional part of the automatic system for regulating the gas recirculation system for the superheat control.
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Fig. 5 is a diagram showing curves illustrating the wider range of loads for which the same vapor temperature can be maintained; the steam temperature is represented by the ordinates and the load in% by the abscissas, and
Fig. 6 is a side sectional view of a modified steam generator and superheater unit.
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The generator and superheater group re'pré8è-iÍii1u: f; la 'i.' 1 comprises a vertically elongated hearth 10, with a bottom es-hopper 1,1.1 \? È.t an outlet 12 at its upper part> for 1ft, ga7.1-de c # lbws: t: '! on. Le.e Hm! 'te 15 da-f'07er, -telles -la par-ôi <14,1èmfrL'Dj .ê1 te?, é: r7-a169 (one of the latter is opposite the observer) the ceiling 18, the vault 20 and the bottom hopper walls 22 and 24 are defined by steam generating tubes whose upper ends are in communication with the vapor and liquid reservoir 26. The lower ends of the tubes are connected to suitable manifolds, such as 28 and 30, connected to downpipes in communication with the space occupied by the liquid in the tank 26.
The arch 20 under the gas outlet 12 is formed by a row of tubes 32 folded out of the plane of the rear wall 16, and some of these tubes extend upward from the nose of the arch to ceiling; this is the case for row 34, in which the tubes are more widely spaced than in the vault and form a screen in front of the outlet of the combustion chamber to the superheating chamber. The other tubes 36 of the row of the vault are inclined towards the rear, join the plane of the rear wall of the fireplace and extend upwards in this plane.
The passage of the gases coming from the gas outlet of the hearth comprises a horizontal gallery 35 and a descending gallery 52, connected in series. The convection superheating surface comprises a primary superheating section comprising several multiple loop elements 50, laterally spaced from each other and several multiple loop elements 48, laterally spaced from each other, these various elements. extending transversely with respect to the gallery 52 and the elements 50 being respectively connected in series to the elements 48,
and a secondary superheater comprising several multiple loop elements 37 spaced laterally from one another and respectively connected in series to several multiple loop elements 38 spaced laterally from one another, the elements 37 and 38 being suspended transversely in passage 35.
The inlet manifold 54 of the elements 50 is connected to the space occupied by the steam in the tank 26 by tubes 56, 58 and 60 connected
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in series, and the outlet manifold 46 of the elements 48 is connected by the pipe 44 to the inlet manifold 40 of the secondary superheater, while the outlet ends of the elements 38 are connected to the superheated steam outlet manifold 43, connects in turn by des'canalisations not shown in the apparatus using steam. Line 44 comprises a section 42 containing a desuperheater or spray moderator of the type described in Belgian Patent No. 475,434.
An economizer comprising several multiple loop elements 68 spaced laterally from one another and respectively connected in series to several multiple loop elements 70 spaced laterally from one another, is placed in the gallery 52 in- below the convection superheater and has an inlet manifold 74 and an outlet manifold 72 respectively connected to a feed water source and to the space occupied by the water in the tank 26. A cane 76, containing regulators
78 connects gallery 52 to the gas inlet port of an air heater
80 regeneration, which is connected by a suitable flue to the chimney, not shown.
The hearth 10 is provided with several vertically spaced rows of burners 62, 64 and 66, separately connected to a source of pressure above atmospheric pressure, to a source of preheated air for the; combustion and also to fuel sources such as, for example, sprayers C, B and A.
An adjustable forced draft blower 94 is arranged to supply pressurized air for combustion through duct 96 to air heater 80, and duct members, connected in series, 102, 100 and 98. bring the hot air to the centered orifice 126 of the secondary air chamber 104 surrounding the various rows of burners. Partitions 106, 108 and 110 divide part of the secondary air chamber into vertically spaced air chambers 112, 114, 116 and 118, each of these chambers being connected to part 128 of the secondary air chamber by its individual series of regulators 130, 129, 131 and 133.
Each of the three burners in each horizontal row is connected to the same atomizer by a separate duct for the primary air and the atomized fuel. Lines 134, 135 and 136 connect the burners 62 to the sprayer C, lines 146, 147 and 148 connect the burners 64 to the sprayer B, while lines 140, 141 and 142 connect the burners to the sprayer. AT.
Coal sprayers, examples of adjustable supply sources of fluid fuel to be burned suspended in the furnace, are of the air-swept type in which the speed of feeding the burners with fuel is changed by acting on the flow velocity of the primary air stream passing through them
A primary air blower 123 placed between the ends of the pipe 124 sucks preheated air from the chamber 118 and the air tempered by the pipe 152 provided with regulators and introduces it into the sprayer A under the control of a volume regulator 150.
Although a primary air blower has been shown and described only in connection with the sprayer A, corresponding separate elements for the primary air supply are provided for the sprayers B and C and are respectively the same. air preheated by pipes 122 and 120.
An adjustable gas recirculation, analogous in principle to the recirculation described and claimed in Belgian Patent No. 503,778, is part of the group's superheat temperature control system.
Said patent relates to a method and apparatus for controlling the superheating of steam in which the transmission of heat by radiation from the combustion zone and from the gases of the furnace to the walls of the furnace cooled by a fluid, is modified. by the introduction of heating gas coming from a fully or partially in position
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downstream of the superheater in the furnace, so as to interpose between the main combustion zone and an appreciable part of the surface of the wall of the furnace cooled by a fluid, a layer or stratum of gas at relatively low temperature, to vary the transmission heat by radiating to the steam generating tubes of the walls and thus regulating the heat input of the heating gases leaving the furnace and flowing around the superheater.
As can be seen in fig. 1, the suction port of a blower 82 is connected by a pipe 84 and via the opening 86 to the flue connecting the gallery 52 to the inlet port for the gas ch air heater. The outlet of the blower is connected by line 88 containing a regulator 400 to several gas outlet orifices or nozzles 90 arranged in an elongated row and opening out through the spaces between the tubes between the lower ends of the tubes forming the walls. hopper into the space below the throttle 92 of the firebox.
The levels of the three sets of burners are indicated by lines a-a, b-b, c-c in the sectional view of fig. 1. The level aa in the upper row is sufficiently low compared to the gas outlet 12 of the fireplace so that, under the maximum possible temperature conditions of the fireplace, the temperature of the gases leaving the fireplace does not exceed a predetermined value, essentially based on the ash melting temperature. The level of the lower row cc is at a sufficient height above the bottom of the hopper so that the desired cooling of the ash particles separating from the combustion products and falling into the hopper occurs during their passage. towards the ash collection chamber below choke 92.
The vertical row spacing can vary between 8 and 15 feet (2.40 m and 5. m) to take into account these various factors and the desired change in heat absorption by the fireplace walls.
When the unit is operating at maximum load or in the higher load range, when all three rows of burners are in service and fuel is supplied substantially uniformly to all burners, the main combustion zone is in front of the burners. provided that these are of the short flame and vortex type. The average level of the main combustion zone can be represented by line b-b.
On the other hand, when the load imposed on the group is such that two rows of burners provide a sufficient quantity of fuel, and only the two rows 62 and 64 are in service, the main combustion zone is at a higher level. , and its average level can be represented by lines dd between lines aa, and bb, provided that the burners 66 are not in service and that the main active combustion zone does not extend downwards. hearth, because the overall gas flow is directed upwards and towards the outlet 12 of the gas from the hearth.
Fig. 5 is a graph showing the greatest increase in superheat which can be obtained by the combined use of gas recirculation and modification of the level of the combustion zone, compared with the increase which can be achieved. assign to the sum of the effects of gas recirculation and modification of the combustion zone, considered individually and used separately. These diagrams correspond to the results which can be obtained in an installation of the type shown in FIG. 1 or in fig. 6, provided with devices allowing the average level of the combustion zone to be moved.
The lower curve M-M 'indicates the evolution of the superheating temperature, all the rows of burners being in service. The following curve N-N ', substantially parallel to the curve M-M' represents
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the superheating results that can be obtained by shifting the level of the combustion zone, eliminating the operation of the lower row of burners and having the load supported by superimposed burners.
Thus, for a 40% load, the N-N 'curve indicates a vapor temperature approximately equal to 878 F (470 C) while the curve
M-M 'Indicates for the same load a vapor temperature of approximately 854 F (455 C). By moving the combustion zone, we therefore obtain a temperature rise of 24 for the same load. However, if the same rows of burners are used as for the curve MM 'and if a constant quantity of gas is recirculated towards the lower part of the hearth, the temperature of the steam is reached, following the curve 0-0' approsimativeme nt
937 F (502 G) at 40% load.
The recirculation of the gases therefore causes an increase in superheating from 854 F to 937 F, or an increase of 83 F (47 C). If we use the same burners as for the 'curve N-N', but by recirculating the same quantity of gas as for the curve 0-0 "the temperature of the steam, at 11 had to follow the curve NN ' follows the curve RP 'and reaches 982 F (528 C) for a load of 40%, the overall increase being therefore 982 - 854 or 128 F (73 C).
Separately, the increase due to the displacement of the level of the combustion zone upwards is 24, while the effect of the recirculation of the gases during combustion at the upper level is 83, so that can count a total temperature rise of 24 + 83 = 107. A further rise in steam temperature of 128 - 107 = 21 is achieved through the combination of gas recirculation and modification of the level of the combustion zone.
It can therefore be seen that by raising the combustion zone, the recirculation becomes more efficient and that a greater rise in the superheating temperature is obtained than by not raising the zone, without additional consumption of driving force, by the recirculation blower and without sacrificing the essential operating characteristics of the fireplace.
The improved superheat control effect obtained by gas recirculation combined with the change in the level of the combustion zone is due to the change in heat transfer conditions in the fireplace. Changes in the average gas velocity and the length of the path of the gas stream through the top of the fireplace, altering the duration of exposure to the heat transmission of gases passing through the top of the fireplace. The separation of the position of the combustion zone from a wall of the fireplace subjected to the effect of the recirculating gases, obtained for example by raising the average level of the combustion zone from bb to dd also constitutes a factor increasing the overheating control effect.
This effect is a function of the change in the ratio of the wall area of the heat-absorbing fireplace below the level of the main combustion zone to the area of the heat-absorbing fireplace above the main combustion zone. '
The adjustment device shown in figs. 3 and 4 is arranged so as to facilitate the operation of the group according to the method of the invention. The left part of fig. 3 of the drawings shows a control system acting on the combustion rate of different rows of burners according to the steam pressure indications and the boiler load indications. In the apparatus used for this purpose, an element 160, sensitive to the vapor pressure, is associated with the pilot valve 162 by elements 164.
This pilot valve and the other pilot valves described later can be constructed according to UK Patent No. 42505070. Pilot valve 162 regulates the load in line 166 connected to relay 168, preferably analogous to the relay shown in FIG. 4 of UK Patent No. 4610389. The load difference is transmitted from relay 168 through line 170 and through selector valve 172 in line 174 to a spray rate adjuster 176.
Set control loads are transferred
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put in control 176 through pipes 192 and pipes
193, 194 and 195 respectively to the selector valves' 197, 198 and 199 and through the outlet pipes 200, 201 and 202 to the control device 203 of the primary air regulator 150 of the sprayer A and to the control devices 204 and 205 of the sprayers. primary air regulators for sprayers B, C respectively. The load in line 174 is also transmitted to a balancing relay 210 through line 178.
This relay is preferably constructed according to U.S. Patent No. 2,098,913, and the charge created by this relay in line 212 is the result of the combined effects of the load in line 178 and the load in line 214 extending. - between a relay 190 and the relay 210. The pipe 214 transmits loads depending on the variations of the load of the boiler, reflected by the variations of the steam flow and the air flow, indicated respectively by a vapor flow meter 180 and air flow meter 182.
The indications from these devices are adjustably combined by the elements 184 and are variably transmitted by means of a pilot valve 186, via a line 188, to the relay 190 and thence to the balancing relay 210. The combined output pressure of relay 210 is transmitted to line 212 through selector valves 216 and 218. Line 220 passes the input load from selector valve 216 to relay 222 which transmits a pressure. output load changed through line 224 to device 226 acting on the forced draft regulator.
The output load of relay 218 is transmitted by a line 228 to a differential relay 230, connected by a line 232 to a hydraulic tachometer 234 associated with the forced draft blower, and by another line 236 transmitting the load to a relay 238. This relay is preferably constructed according to US Patent No. 2,441,405. The output load of relay 238 is transmitted through line 240 to devices 242 and 244 acting on the hydraulic clutch adjustment valve of the forced-draft blower. The air flow for the combustion air therefore depends on the pulses of the vapor pressure and the ratio of the vapor flow to the air flow acting on the position of the regulator and on the speed of the draft blower. strength.
The hearth draft is directly regulated by the hearth draft control device 250 in order to adjust the speed of the induced draft blower accordingly and to modify the position of its regulator by the apparatus indicated on the right side of FIG. 3. This apparatus comprises a relay 252, analogous to relays 168 and 190, to which an input load is transmitted through line 254 by pilot valve 256 connected by 258 to the draft adjuster 250. The load output from relay 252 is transmitted through line 260 and respectively through lines 261 and 262 to selector valves 264 and 266. The output pressure of selector valve 264 is transmitted through line 268 and forms the input charge of the valve. calibration relay 270.
The output pressure of this relay is transmitted through a line 272 to a device 274 which causes the adjustment of the output regulator of the induced draft.
The output pressure set from the selector valve
266 is transmitted by a line 276 to a differential relay 278, connected by a line 280 to a hydraulic tachometer 282 associated with the induced draft blower. Also coming from relay 278, a conduit 284 transmits the load to a relay 286. The modified and adjusted load coming from this relay is transmitted through a conduit 288 to devices 290 and
292 acting on hydraulic clutch valves 294 and 296 of a hydraulic clutch serving to vary the speed of the blower.
In the control system described above, the selector valves 197, 216 and 266, for example, are preferably constructed according to United States Patent No. 2,202,485 and the devices for measuring steam and heat. air stream 180 and 182, connected to each other, its
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are built and wholesale under U.S. Patent No. 1,962,676.
The differential relays and balancers forming part of this control system are preferably constructed according to US Pat. No. 2,098,913.
For boiler loads where the final steam temperature is lower than the optimum value, the temperature is raised by recirculating the flue gases. The flue gas recirculation controls are shown in figure 4. In this system, the three control pulses are the boiler load, translated by a measuring device 300, the final steam temperature, reflected by a meter 302 and the recirculated gas stream indicated by a flow meter 304.
From the flue gas recirculation point of view, the pulse corresponding to the boiler load and supplied by the meter 300 decreases the amount of recirculating gases as the boiler load increases. This change in the flow of recirculated gases is effected by the adjustment of regulator 306 placed in line 84 terminating in recirculating gas blower 82. Flow indicator 304 acts on the regulator via the regulator. intermediate a pilot valve 308, a line 310, a relay 312, a line 314, a selector valve 316 and a device 318 controlling the regulator.
The superheat temperature or final temperature of the vapor Indicated by the temperature recording device 302 provides control pulses acting on the recirculating gas regulator 306 via a pilot valve 320, a pipe 322, a relay 324, a pipe 326, a 'pipe 328, a relay 330, a pipe 332' and by the relay 312 and the previously described elements which connect it to the regulator. The pulses supplied by the boiler load and translated by the measuring device 300 act through a pilot valve 334 and a line 336 terminating at the relay 330.
At this relay, the effect of the pulses coming from the load of the boiler is modified by the effect of the pulses of the temperature of the steam arriving at the relay 330 through the pipe 328, the resultant thus modified acting through the Intermediate line 332, relay 312 and previously described elements which connect it to regulator 306.
The control system shown in FIG. 4 ensures the automatic starting and stopping of the recirculation blower 82 with the intervention of a control device 340. This device acts by a load pressure on an adjustment device 348 of the control valve. Control 342 from a desuperheater or spray moderator, said charge pressure acting through line 344 from charge line 346 connected to regulator 348. The other pressure The charge acting on the regulating device 340 acts through the intermediary of a line 350 coming from the line 314 connected to the regulating device of the gas recirculation regulator 306.
The contact points 352 and 354 of the controller are set so as to close the circuit of the motor 356 of the actual throttle blower when the load pressure exerted on the spray desuperheater. drops below a specified value, eg 4 pounds, and when the charge pressure acting on recirculation regulator control 318 rises to a specified value, 3 pounds. for example, to handle the motor of the recirculation blower. As the boiler load increases the pressure in line 314 to the recirculation regulator control 318 decreases while the spray desuperheater load increases in line 346, thus providing a very positive control point for control. the circuit supplying the motor 356.
Controller 340 can be set to turn on motor 356 at any ratio between the two charge pressures, allowing the blower motor to be started while the desuperheater is running. in service or to ensure an interruption between the period
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operation of the desuperheater and commissioning of the recirculation blower.
For higher boiler loads, where the steam temperature would exceed the desired final temperature, the final steam temperature is reduced by spraying water into desuperheater 42 in an amount set to achieve the appropriate final temperature. . To adjust the amount of spray water required to maintain the desired temperature at high loads, the desuperheater control valve 342 receives pulses representing respectively the boiler load from the measuring device 300, the final temperature of the boiler. steam according to the measuring device 302 and the temperature at the outlet of the desuperheater.
The pulses representing the temperature at the outlet of the desuperheater are supplied by the temperature measuring device 302 and transmitted by a pilot valve 360 and a pipe 362 terminating at the relay 364. The pulses representing the final temperature of the steam act on the relay 364 to change the relay effect of the pulses from the temperature at the outlet of the desuperheater, through pilot valve 320, line 322, relay 324, line 326, relay 366 and line 368. At relay 366, the pulses representing the final temperature of the steam are modified by pulses representing the boiler load set by the measuring device 300 and a pilot valve 370 and transmitted through a line 372.
The control system shown in fig. 4 also comprises an electrical device (not shown) controlled by the circuit of the recirculation blower motor to maintain the control 18 of the recirculation regulator in the closed position - as long as the blower motor is not in service. In addition to this device, the system includes an additional series of shutters (not shown) in the recirculation line, which is in addition to the regulator 306. As shown in fig. 1, a vent 406 is connected to line 88 and provided with a regulator 402.
Between the vent and nozzles 90 is a regulator 400. Regulators 400 and 402 are associated with the adjustment mechanism so that regulator 402 and hence vent 406 and regulator 400 are open when blower 82 is not running. is not in use.
The regulator 306 is then closed. The fact that the vent is open at this time prevents the stream of hot combustion gases from the fireplace from passing directly through the inlet port 86 of the gas recirculation system.
By means of the arrangement described above of the steam generator and superheat unit, adjustable fuel supply devices and the control system, the unit can operate under a wide range of loads by supplying steam to a substantially constant temperature. The operating mode according to the process is described below.
When the group is operating at a load corresponding to 100% of its capacity, or close to this value, the fuel is supplied to the three rows of burners by their respective atomizers A, B and C.
The combustion rate is controlled by automatically varying the primary air supply to the individual sprayers according to the vapor pressure readings, considered as a measure of the vapor demand.
When this demand decreases and the vapor pressure tends to increase, the quantity of fuel supplied to the burner is automatically reduced.
As the load decreases, the heat absorbed by the superheater decreases, and as the load drops below the set point corresponding to a final steam temperature of 1000 F (538 c)
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and at a load of about 79%, as shown in fig. 5, the temperature of the steam supplied would be lower than the optimum temperature without the change in operation automatically initiated by the control system.
When the load drops below the set point, the vapor temperature measuring device 302 turns on the recirculation blower and, by introducing recirculating gas, changes the temperature. absorption of heat by the walls of the hearth while leaving a sufficient quantity of heat in the gases passing over the superheater to reach the optimum temperature.
If the steam load or demand decreases further, the automatic combustion control device reduces the fuel supply to all sprayers and the amount of recirculated gas automatically increases depending on the steam temperature conditions.
For a certain intermediate load, the value of which can be observed by the operator on the device 300 indicating the load of the boiler, the gas recirculation rate is brought to a maximum value determined in advance, indicated by the measuring device d flow 304. With the aid of these indications, the operator can modify the operation of the unit when the load is reduced again by acting on the selector valve 197 to make the adjustment device 203 associated with the regulator independent. 150 in the primary air supply line of atomizer A. This device 203 then automatically closes regulator 150 and the passage of fuel from atomizer A to the lower row of burner 66 is interrupted.
With the feed from sprayer A removed, the supply of fuel to the remaining sprayers B and C will be increased correspondingly to maintain vapor pressure. However, as the average level of the main combustion zone is raised from a level represented approximately by line b-b (with all burners in operation) to a level represented approximately by line d-d in FIG. 1, the increase in the superheating effect previously described would give a vapor temperature higher than the optimum temperature if the gas recirculation was continued at the maximum rate determined in advance with the three sprayers in service and the level corresponding to the use of the three burners.
The vapor temperature measuring device is sensitive to this tendency to increase the temperature of the vapor and automatically reduces, by means of its control elements, the quantity of recirculating gases to obtain the optimum value. the temperature of the steam.
When the load is increased to such a level that it is considered desirable to use the three sprayers and the corresponding three rows of the burners, the operator will switch on the sprayer A which was at rest and when this will have reached its normal operating speed and will supply fuel under manual control, subject it to the action of the automatic adjustment system by manipulating the selector valve 197, thus transmitting the re-pressure. slip from line 193 to line 202.
Fig. 6 of the drawings shows a steam generator and superheater unit having a vertically elongated chamber 500 of rectangular cross section, the front and rear walls 502 and 504 of which are respectively delimited by straight steam generating tubes 506 and 508. The opposing side walls have similar wall tubes directly connecting the upper and lower manifolds 510 and 512. The front wall tubes and the side wall tubes in the vicinity of the burners are metal studs and covered with refractory material 600. .
All the wall tubes are in communication
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with the recirculation system which comprises an upper steam and water tank 514 and a lower water tank 516 connected by series 518 and 520 of steam generating tubes. The tubes 506 and 508 lead to the reservoir 514 and comprise at their lower ends collectors 522 and 524 respectively, connected in known manner to the reservoir.
On the path of the gases coming from the fireplace are groups of bent tubes 526 forming a screen, and extending the tubes 508 from the rear wall.
A suspended type superheater, heated by convection, formed of two series of tubes 529 and 530, is placed in the gas path between the tubes forming a screen and the generation series 518, the tubes forming a screen placed so as to protect the gases. superheater tubes of the firebox radiation.
In this case, the tubes of the superheater receive heat by transmission by radiation and convection from the flow of the heating gases, but transmission by convection dominates given the small lateral spacing of the tubes and the relative temperature of the gases. If the superheat was placed in a higher temperature gas zone with a larger lateral gap, the proportion of heat transmitted by radiation compared to transmission by convection would increase. Steam exits the space occupied by the value in tank 514 through tubes 532, ends up in the series of tubes 530 and the intermediate manifold 533 and is then directed through the series of tubes 528 to the outlet header 534 of the superheater .
The combustion chamber 500 is furnished with two rows of burners 536 and 538, arranged horizontally at different levels, directing the fuel and the air in combustion mixed through corresponding burner orifices 537 and 539 formed in the front wall 502 of the combustion chamber. bedroom. In the figure, the burners are supplied with pulverized fuel, supplied in suspension in the primary combustion air by atomizers 535 via feed pipes 540 and 542 respectively. These sprayers are preferably equipped with valve mechanisms of the kind indicated by reference numerals 60 to 63 in FIG. 2 of patent 433,895 to interrupt the passage of fuel in certain fuel lines leading to the burner.
The heated secondary combustion air is supplied under positive pressure from a chamber 544 surrounding the orifices 537, 539 of the burners.
The fireplace shown is of the water-cooled hopper bottom type, the rear wall 504 and the inclined wall of the hopper 548 comprising tubes 508 disposed side by side. Between the rear wall 548 and the inclined front wall 552 of the hopper 550, a constriction 554 allows the passage of the incombustible solid residues of the combustion in a closed ash pit 557 having facing walls 556 and 558.
The pulverized fuel burners 536 and 538 are high capacity burners, of the short flame and vortex type, preferably provided with various secondary control devices, such as, for example, the valves designated by 44 in US Pat. No. 2,380. .463, to interrupt the passage of secondary air when a burner ceases to function. The burners are arranged so as to introduce pulverized fuel and intimately mixed combustion air into the interior of the fireplace through the corresponding orifices made in the front wall.
The fuel and air mixtures ignite as soon as they enter the hearth and the burning fuel and air mixtures move towards the rear wall of the hearth at a fairly considerable speed, but the size of the hearth d The front to back is chosen so that, even at the maximum rate of fuel and air introduction, the combustion product does not substantially contact the rear wall 504 of the fireplace.
As the fuel and air mixtures expand greatly on burning, their Introductory speed is not reduced rapidly, so that the central part of the hearth, i.e. the main combustion zone, can be considered to be filled with a current in dila-
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tation of burning fuel, air and animated combustion product at a fairly considerable speed, a current which, under the influence of the draft of the hearth, turns upward in the direction of the outlet 545 of the hearth at the level. see the water tank 516.
As the walls of the furnace are delimited by rows of generation tubes absorbing the heat transmitted by radiation by the burning fuel and the heating gases generated, it is necessary to place the burners 536 and 538 at one level, at a low enough point compared to to the output
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gases 545 so that the gases cool down sufficiently to prevent the encrustation of the tubes 526 forming the screen and the tubes 528 and 530 of the superheater
The burners are also placed a sufficient distance above the water-cooled hopper-shaped bottom 550 so that the molten ash particles separating from the burning fuel stream and falling to the bottom pass through. by a gas zone at relative temperature.
low below the main combustion zone at mid-height of the hearth, and are cooled to solidification temperature for disposal in a dry state. Although the main stream of gaseous products
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A high temperature of the oombtts-tton forms above this lower zone of the hearth. the gas stream does not pass directly through this stream because the space bounded by the hopper is filled with low velocity swirling gas streams. Meanwhile, the gases from the hopper transmit a considerable amount of heat which is absorbed by the steam generating tubes lining the walls of the hopper, and the vertical walls above the level of the combustion zone.
The current of heating gas exiting the orifice 545 of the furnace passes over the tubes 526 forming the screen and the series of superheating tubes and between the series of tubes 518 and 520 of the boiler, arranged in chicano. gases leave the 520 series of the boiler at its upper part
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and most of the gas passes, as indicated by arrows-562 and ¯ 564, in an air reheater 560, of the regenerative type,.
d9qÙL Ilsëxiri.- gent towards a device, causing the draft, such as an induced calibration blower and / or a chimney (not shown) to be finally released
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in the atmosphere
A real roulât- system! Gases operating in accordance with the invention to return a portion of the inert gases leaving the 520 series of the boiler comprises a vertical line 563, a recirculation blower 566 and outlet lines 568, 569 and 570, connected in a row.
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series, with line 570 extending substantially the entire length of one face of 1-throat 5'S. of the hopper and comprising outlet passages in 1-'tranglement 554, between the spaced lower ends 574 and 576 of the tubes 508.
Line 568 contains an automatic adjustment device and a closing flap 590. Line 568 is also provided with an opening 584 on one of its sides between flap 590 and passage 5690 A regulator 586, with a . any type with spring, is' placed in this opening.
In operation, the reduction of the superheating temperature with the reduction of the load is partially compensated by the regulation.
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Ge of the devices controlling the recîreulatîon of the inert gas, described above. For loads not representing any fraction of the maximum load
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However, either one or the other 'row of fuel-burners' may be used, although it is preferred, for control and superheating, to use the upper row of burners 536 alone, for the most severe changes. weak. If the burners in each separate row are supplied with fuel
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tible 'p8Jt a separate sprayer,
the burners in a row can be put out of service by closing the corresponding sprayer When the burners 538 are operating alone and the boiler sends' hot gas to the air heater (the '' middle level '' of the zone of '-. combustion' pr1nc: ïpa: - "located approximately in b9-bO) the recirculation blower
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566 can be used to take part of the gases at the outlet of the gases from the boiler, as indicated by arrow 566, and to send these gases'
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via the outlet pipes 568, 569, 570, when the shutter 590 is in the open positions.
The recirculated inert gases are sent by the blower into the throttle of the furnace hopper and enter this throttle with a speed only sufficient to ensure their distribution.
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uniform along the length of the constriction. The gases rec3 rculated at fa + pale.% 5'- weight go up in the hopper and suppress the tendency of the currents in turn:
'- newly formed high temperature flue gas ridges
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build up and circulate within the hopper area. h'3ntrod, continuous rs- tion of cooler inert gases alters the character of the flow-path of the high-temperature combusti on products formed by the recently burnt fuel, as the gas stream moves towards the Fireplace gas outlet function.
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The steam boiler installation shown is rigorous to deliver a maximum of 160,000 pounds of steam per hour at a superheat temperature of the order of 900 F (482 C) at a pressure of 660 pounds per square inch (40 kg / cm2). Functional tests of
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this installation have shown that by providing zoos pounds of steam per hour, i.e. 50% of the entire load, the temperature of the superheated steam only reaches 750 F (399 G), the lower row of burners 538 being the only one in service and installation operating in the ha ':' - 'way without recirculation of the gases.
According to the tests, the recirculation of the gases makes it possible to bring the temperature of the superheated steam to 900 F
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(482 C) using a recirculation rate of about 28% by weight of the gases formed by the combustion of the fuel, at the same workload and with the lower burners alone in service.
Using only the top three burners 536 for a corresponding load, the temperature of the superheated steam reaches'
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8100F (433C) without gas recirculation. A gas recirculation rate lower than the necessary rate with the lower row of burners alone,
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easily raises the temperature of superheated steam to 900 F (l $ 2C}.
Lines a'-a ', be-b9 and c'-c' indicate the approximate levels of the main combustion zone in three cases, namely: when only the upper burners are in operation, when only - the lower burners are in service, and when all the burners are in service.
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The use of the installation described with and without recirculation of the gases for low workloads shows that the method of the invention allows the desired superheating temperature to be obtained, for a very low speed of steam supply, with one or more other row of burners in service.
Even for these low load conditions, the. flame is stable and the flame temperature measurements made
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by usual methods do not indicate a significant change in flame temperature due to the use of recirculated gas Spring regulator 586 is useful for maintaining satisfactory conditions in the gas recirculation system when it is not. not used, for example at heavy loads where the temperature
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desired superheat can be achieved without recirculation. gases.
Under these conditions, when the 566 blower is not operating and the damper
590 is in the closed position to prevent a reversal of the direction of the gas flow through the lines 570, 569, 568 and 563, the absolute pressure on the side, blower of the shutter 590 will correspond to the pressure-prevailing at the place where the line 563 is connected to the gas outlet of the 520 series of the boiler.
The spring loaded regulator 586 is constructed to remain closed when the pressure in the line exceeds a pressure determined with respect to the pressure in the throttle of the fireplace hopper. When the pressure at regulator 586 corresponds to or is lower than this determined pressure, atmospheric pressure overcomes the regulator spring, and
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opens the latter so that atmospheric air is sucked in through the opening
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584 in line 568.
This automatic introduction to relatively low temperature helical air creates a stream of cool air rather than a stream of gas from the fireplace throttle into line 568, blower 566 and line 563, at case where the shutter 590 is not gas-tight in the closed position.
The variations in the gas recirculation rate are obtained by adjusting the position of damper 590. This adjustment can be made manually.
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However, a device controlling the damper can be "connected" to an automatic device for measuring the vapor (-not shown so that the rate of re-circulation of the vapors). The gas is automatically regulated according to the superheat temperature of the steam. In this way, when the superheat temperature tends to decrease the reduction in the ah-ar'ge ', - 16 "the oil is" automatically adjusted to allow recirculation of a larger quantity of gas, and vice versa.
Although. the rise in the superheating temperature of the
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fear by rec3 rculati on of the gases towards the hearth presents a great fntéré ± - for the regulation of the superheating temperature in the range of charged "normal operation of the installation, the invention also has advantages for the starting. an installation when it is desired to heat the fireplace and supply a relatively small amount of steam to the
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a minimum temperature determined in advance.
As the introduction of recirculated gas according to the process of the invention has no influence on the survival * operation of the burners, it is possible to use the process described.
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with a low steam supply speed., This low speed is generally sufficient to start and gradually bring the motor element supplied by the boiler to the desired speed. When an idle driving element, for example a steam turbine, has remained at high temperature, it is not advisable to introduce low superheated steam to bring the turbine to the desired speed.
The application of
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The invention enables relatively high temperature steam to be supplied even though the feed rate is only 5-20% of the entire load that can be supplied by the plant.
The area of the gas inlet openings, determined by their length and the width of the spaces between the tubes, is such that the gases leaving the openings enter the hearth at a relatively low rate and do not mix with the gases formed. by direct combustion of the fuel, given the relative velocities of these gases. The recirculated gases thus introduced spread out in the hopper, maintaining layers of relatively cold gas between the main combustion zone and the walls of the hopper, while the gases in the hopper zone also.
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early reheated- rise and rise to 19-1 nt éir, eur, from the hearth.
The invention has been described in relation to pulverized fuel burners but can also be used with other fluid fuel burners, oil or gas burners for example.
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The introduction of. inert recirculated gases at low temperature in the hearth so as to avoid the mixing of these gases either with the secondary combustion air, or with the mixture of combustion and air supplied by the orifices of the burners, is left Very important from the point of view of efficiency and stable performance of the burners.
This avoids the dilution of combustion air by the recirculated inert gases which would delay.
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combustion and lengthen the flame. Retardation of combustion and prolongation of the flame in a fireplace normally results in lower combustion efficiency due to a greater loss of unburned carbon, particularly in fly ash.