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PERFECTIONNEMENTS AUX GROUPES GENERATEURS ET SURCHAUFFEURS DE VAPEUR
TUBULAIRES. -
Cette invention concerne les groupes générateurs et surchauffeurs de vapeur tubulaires comprenant un parcours de gaz de chauffe pourvu de tubes de parois vaporisants et contenant un faisceau de tubes surchauffeurs à ser- pentins tubulaires s'étendant dans les deux sens transversalement au parcours de gaz.
Il est habituellement fait usage de surchauffeurs de vapeur à convection ayant une surface d'absorption de chaleur suffisante pour assurer à la vapeur débitée une température optimum basée sur l'emploi d'un type de combustible déterminé. Toutefois, des changaments dans le combustible ou d'autres facteurs modifient fréquemment les températures des gaz de chauffe et les quantités livrées aux surfaces de chauffe à tel point que la température résultante de la vapeur peut devenir excessive ou' insuffisante. Un but de l'invention est de procurer un dispositif perfectionné permettant d'effectuer le réglage de la température de surchauffe.
Suivant la présente invention, un groupe générateur et surchauffeur de vapeur tubulaire du genre spécifié est caractérisé en ce que le faisceau de tubes surchauffeurs est espacé d'une paroi latérale du parcours des gaz et que des moyens sont prévus pour régler la circulation des gaz de chauffe par le faisceau des tubes surchauffeurs, comprenant au moins un barrage ou fermeture amovible qui s'étend en travers de la dérivation constituée par l'espace entre le faisceau de tubes surchauffeurs et la paroi latérale et est maintenu en place par les tubes à la paroi et au surchauffeur.
L'invention sera décrite ci-après à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels :
Fig. 1 est une vue en coupe verticale longitudinale d'un groupe générateur et surchauffeur de vapeur;
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Fig. 2 en est une coupe horizontale suivant la ligne 2-2 de la Figo 1;
Fig.3 est une coupe verticale, à plus grande échelle que la Fig. 2, suivant la ligne 3-3 de cette dernière figure;
Fig. 4 est une coupe verticale suivant la ligne 4-4 de la Figo 3, et
Fig. 5 est une coupe à plus grande échelle que la Fig. 4, suivant la ligne 5-5 de cette figurée
Sur les dessins, le surchauffeur à convection suspendu 10 est installé dans le parcours de gaz entre une chambre de combustion 11 et des faisceaux de tubes vaporisants 12, dans une chaudière de type connu. La chambre de combustion représentée est construite pour brûler des combustibles solides, qui sont envoyés dans la chambre de combustion par un chargeur-disperseur mécanique indiqué d'une façon générale en 13.
Comme c'est représenté sur les Figs.1 et 2, chaque paroi de la chambre de combustion 11 est garnie d'une rangée de tubes vaporisants reliés au système circulatoire de la chaudière. les rangées de tubes 14 et 15, qui garnissent les parois latérales en regard l'une de l'autre, sont verticaux et s'étendent entre des collecteurs inférieurs et supérieurs tels que les collecteurs 16 et 17 de la rangée de tubes 14 (voir Fig. 1).
Le collecteur inférieur 16 est raccordé au corps cylindrique inférieur 20 du groupe par des colonnes descendantes 21, tandis que le collecteur supérieur 17 est raccordé au corps cylindrique supérieur 22 par une conduite 23. Les collecteurs des parois laté- rales qui se font face sont raccordés d'une manière similaire.
Les colonnes descendantes 24 qui partent du corps cylindrique 20 se terminent dans un collecteur 25 qui est à son tour relié à un collecteur 26 par des tubes 27.Les tubes 28 de la paroi arrière,reliés au collecteur 25, sont disposés verticalement dans la partie inférieure de la chambre de combustion et sont cintrés et inclinés vers l'intérieur en un point intermédiaire de leur hauteur pour former un surplomb 30 vers l'avant. Quelques-uns des tubes 28 s'élèvent verticalement à partir de l'extrémité du surplomb 30 pour former deux rangées 28 A de tubes largement espacés constituant un écran à scories en travers de la sortie de gaz 32 de la chambre de combustion et s' étendent ensuite vers l'arrière pour déboucher dans le corps cylindrique 22.
D'autres tubes 28B du groupe de tubes 28 de la paroi arrière sont inclinés en arrière pour garnir la surface supérieure 33 du surplomb 30 et s'étendent ensuite verticalement en travers du parcours des gaz de chauffe pour déboucher dans le corps cylindrique 22.
Le surchauffeur 10 est installé entre les rangées de tubes 28A et 28B dans le parcours des gaz de chauffe formé entre la surface supérieure 33 du surplomb 30 et un prolongement du ciel 29 de la chambre de combustion, qui est garni par les parties supérieures des tubes 34 de la paroi avant 35 de la chambre de combustion 11.
Le surchauffeur est constitué par des serpentins de tubes suspendus s'étendant verticalement de bas en haut et de haut en bas en travers du parcours de gaz et s'étendant aussi d'une façon générale parallèlement au courant des gaz de chauffe allant de la sortie 32 de la chambre de combustion vers le faisceau de tubes à convection 12 de la chaudière.Les serpentins de tubes présentent chacun des boucles multiples et chaque serpentin reçoit de la vapeur saturée d'un collecteur d'entrée de vapeur 36 et la décharge dans un collecteur de sortie 37. Les collecteurs sont disposés horizontalement au-dessus du ciel 29 du parcours des gaz et le collecteur d'entrée 36 est destiné à recevoir de la vapeur saturée du corps cylindrique 22 par l'intermédiaire d'une rangée de tubes 38.
Les serpentins de tubes du surchauffeur 10 sont uniformément espacés transversalement au parcours des gaz de chauffe, mais les serpentins qui se trouvent le plus à l'extérieur sont espacés des parois latérales du parcours de gaz. Les espaces 40 et 40' sur les cotés opposés du surchauffeur s'étendent sur toute la hauteur du parcours de gaz, ont une largeur égale ap-
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proximativement à trois ou,quatre fois la distance transversale d'axe en axa entre les tubes de surchauffeur dans la partie du faisceau tubulaire située au-delà de la chambre de combustion,
et sont rs pectivement délimi- tés par les serpentins tubulaires situés le plus à l'extérieur et les parois latérales garnies desrangées de tubes 14 et 15. Les espaces 40 et 40' sont pourvus de fermetures de barrages 41 et 41' semblables et disposés de la m- me manière. On se rendra compte de l'emplacement des barrages par l'examen des Figs. 2 à 5.
Comme le montrent les Figs. 2 et 3, le serpentin tubulaire du surchauffeur situé le plus à l'extérieur le long de l'espace 40 est constitué par deux tubes 50 et 51 disposés dans un même plan, les parties verticales
50A et 50B du tube 50 étant espacées l'une 'de l'autre de telle façon que 1' espace qui les sépare est approximativement égal à l'e.space intercalaire entre les tubes 14A et 14B des parois latérales et se trouve dans le même aligne - ment horizontal que ce dernier espace intercalaire.
Une rangée verticale 41 d'éléments de barrage ou de fermeture ré- fractaires superposés 42 et 44, portés par la surface supérieure 33 de l'arc
30, s'étend transversalement en travers de l'espace 40, entre les sections de tubes 50A et 50B et les tubes adjacents 14A et 14B. L'épaisseur des éléments de fermeture ou de barrage est suffisante pour provoquer une légère flexion des parties de tubes 50A et 50B de telle sorte que les éléments sont maintenus entre celles-ci.Chaque élément de fermeture ou de barrage aboutit à une extrémité aux sections de tubes 54 d'un serpentin de surchauffeur ad jacent et porte à l'autre extrémité sur la paroi réfractaire à l'extérieur de la rangée de tubes 14.
Par cette disposition, les différents éléments de fermeture superposés sont convenablement empêchés de se déplacer sous l'action des changements de température des parties mentionnées ou sous l' action de toute différence de pression se produisant pendant le fonctionnement.
Dans la disposition représentée, l'élément de fermeture 42 situé le plus bas, qui ne se trouve pas en contact avec les parties de tubes 50A, est supporté et mis en place sur les tubes 28B de la face supérieure du surplomb 33 par de la matière réfractaire plastique 43, qui fait prise à l'air et est résistante à la chaleur, pour maintenir l'élément de fermeture 42 dans la position voulue.
Les rangées 41 et 41' ne couvrent qu'une partie de la hauteur du parcours des gaz et des ouvertures avecfermetures 47, comme c'est indiqué sur les Figso 1 et 3 sont ménagées dans les parois latérales pour donner accès facilement aux espaces 40 et 40' de telle sorte qu'on peut modifier la hauteur des rangées à volonté pour régler la distribution du courant de gaz de chauffe dans le parcours de gaz. L'absorption de chaleur du surchauffeur et la température finale de surchauffe pour un débit de gaz donné de la chambre de combustion 11 peuvent ainsi être modifiés, si on le désire, par un changement de la hauteur des rangées41 et 41', une augmentation de la hauteur de celles-ci ayant pour effet de faire circuler une plus grande proportion de gaz sur le surchauffeur et vice versa.
En leurs points de raccordement aux surchauffeurs 36 et 37, les paires de serpentins du surchauffeur se trouvent dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal des collecteurs. A l'exception des paires de serpentins situées le plus à l'extérieur, les parties des tubes des paires de serpentins tels que les serpentins 52 et 53, adjacentes au collecteur de vapeur saturée 36, sont déportées pour former des sections de tubes étroitement rapprochées en travers du parcours de gaz, mais dans la boucle de serpentin proche du collecteur 37, ces serpentins se trouvent dans un plan commun, l'écartement entre les sections de tubes en travers du parcours de gaz étant pratiquement doublé. Ainsi qu'on peut le voir sur les Figs. 1 et 3, les serpentins des paires situées le plus à l'extérieur ont des boucles plus petites et sont plus courts que les autres serpentins.
Des barres d'écartement (voir Figo 1) sont placées sur les serpentins, tels que les serpentins 52 et 53, à proximité des extrémités supérieures
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des boucles de serpentins pour maintenir l'alignement et l'écartement des ser- pentins de surchauffeur, et un tirant 46 relie les tubes 28B aux sections de tubes ad j ace nte s des serpentins de surchauffeur.Des barres d'écartement semblables 48 sont placées sur les tubes des serpentins du surchauffeur situés le plus à l'extérieur, tels que les serpentins 50 et 51, et des tirants 49 relient des tubes 28B et des serpentins, tels que le serpentin 50, comme c' est représenté sur la Fig. 3.
Dans ce mode de construction, l'écartement des serpentins et l'écartement entre les sections de tubes adjacentes de chaque serpentin du surchauffeur sont maintenues uniformes d'une façon générale dans la partie à faible écartement du faisceau tubulaire du surchauffeur 10, même si le fonctionnement de la chaudière tend à provoquer des différences de température entre les tubes vaporisants, tels que 28B, et les serpentins du surchauffeur
En fonctionnement, la quantité de vapeur qui circule dans les serpentins tubulaires , tels que les serpentins 50 et 51 des paires de serpentins situées le plus à l'extérieur, du collecteur d'entrée 36 au collecteur de sortie 37, sera plus grande que celle qui circule dans les autres serpentins du surchauffeur,
de telle sorte qu'un refroidissement adéquat des paires de serpentins le plus à l'extérieur qui sont soumises à une transmission de chaleur relativement grande dans les sections de tubes adjacentes aux parties non restreintes des parcours de gaz 40 et 40' sera assuré. Pour des températures de surchauffe relativement basses, il est inutile de réduire la longueur des serpentins, tels que les serpentins 50 et 51, en comparaison de la longueur des serpentins, tels que les serpentins 52 et 53, pour éviter la surchauffe du nétal du tube, mais dans la majorité des installations,il est désirable d'employer la construction représentée.
En pratique, la grandeur de la surface de chauffe du surchauffeur est déterminée de manière à obtenir la température de surchauffe désirée de la vapeur lorsque les rangées 41 et 41' d'éléments de fermeture réfractaires ont une hauteur égale approximativement à la moitié de la hauteur du parcours des gaz de chauffe. Lorsque le fonctionnement du groupe générateur de vapeur a été stabilisé, des éléments 44 peuvent être ajoutés aux rangées 41 et 41' ou en être enlevés, si c'est nécessaire, pour obtenir la température de surchauffe désirée.
L'addition ou l'enlèvement d'éléments 44 se fait beaucoup plus simplement que l' addition ou la soustraction d'une certaine quantité de surface de chauffe dans le surchauffeur, et si un changement de ccmbusti- ble nécessite encore un réglage de la hauteur des fermetures ou barrages, ceci peut se faire facilement.
REVENDICATIONS. la - Groupe générateur et surchauffeur de vapeur tubulaire, comprenant un parcours de gaz de chauffe pourvu de tubes de parois vaporisants et renfermant un faisceau de tubes surchauffeurs comprenant des serpentins tubulaires suspendus, s'étendant de haut en bas et de bas en haut transversa- lement dans le parcours de gaz,
caractérisé en ce que le faisceau de tubes surchauffeurs est espacé d'une paroi latérale du parcours de gaz et que des dispositifs sont prévus pour régler la circulation des gaz de chauffe dans le faisceau tubulaire du surchauffeur et comprennent au moins un barrage ou fermeture amovible qui s'étend en travers de la dérivation constituée par l' espace ménagé entre le faisceautubulaire du surchauffeur et la paroi latéra- le et est maintenu en place par les tubes, à la paroi et au surchauffeur.
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IMPROVEMENTS TO STEAM GENERATORS AND SUPERHEATERS
TUBULAR. -
This invention relates to tubular steam generator and superheater units comprising a heating gas path provided with vaporizing wall tubes and containing a bundle of tubular coil superheater tubes extending in both directions transverse to the gas path.
Use is usually made of convection steam superheaters having a sufficient heat absorption surface to ensure the steam delivered at an optimum temperature based on the use of a specific type of fuel. However, changes in the fuel or other factors frequently alter the temperatures of the heating gases and the amounts delivered to the heating surfaces to such an extent that the resulting temperature of the vapor may become excessive or insufficient. An object of the invention is to provide an improved device enabling the overheating temperature to be adjusted.
According to the present invention, a tubular steam generator and superheater unit of the kind specified is characterized in that the bundle of superheater tubes is spaced from a side wall of the gas path and that means are provided for regulating the flow of the gases from heated by the bundle of superheater tubes, comprising at least one barrier or removable closure which extends across the bypass formed by the space between the bundle of superheater tubes and the side wall and is held in place by the tubes at the wall and superheater.
The invention will be described below by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 is a view in longitudinal vertical section of a steam generator and superheater unit;
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Fig. 2 is a horizontal section on the line 2-2 of Figo 1;
Fig. 3 is a vertical section, on a larger scale than in Fig. 2, along line 3-3 of the latter figure;
Fig. 4 is a vertical section taken on line 4-4 of Figo 3, and
Fig. 5 is a section on a larger scale than in FIG. 4, following line 5-5 of this figure
In the drawings, the suspended convection superheater 10 is installed in the gas path between a combustion chamber 11 and bundles of vaporizing tubes 12, in a boiler of known type. The combustion chamber shown is constructed to burn solid fuels, which are fed into the combustion chamber by a mechanical feeder-disperser generally indicated at 13.
As shown in Figs.1 and 2, each wall of the combustion chamber 11 is lined with a row of vaporizing tubes connected to the circulatory system of the boiler. the rows of tubes 14 and 15, which line the side walls facing each other, are vertical and extend between lower and upper collectors such as the collectors 16 and 17 of the row of tubes 14 (see Fig. 1).
The lower manifold 16 is connected to the lower cylindrical body 20 of the group by descending columns 21, while the upper manifold 17 is connected to the upper cylindrical body 22 by a pipe 23. The manifolds of the side walls which face each other are connected. in a similar way.
The downcomers 24 which start from the cylindrical body 20 terminate in a manifold 25 which in turn is connected to a manifold 26 by tubes 27.The tubes 28 of the rear wall, connected to the manifold 25, are arranged vertically in the part lower part of the combustion chamber and are arched and inclined inwardly at a point intermediate their height to form a forward overhang. Some of the tubes 28 rise vertically from the end of the overhang 30 to form two rows 28A of widely spaced tubes constituting a slag screen across the gas outlet 32 of the combustion chamber and s' then extend backwards to open into the cylindrical body 22.
Other tubes 28B of the group of tubes 28 of the rear wall are inclined backwards to line the upper surface 33 of the overhang 30 and then extend vertically across the path of the heating gases to open into the cylindrical body 22.
The superheater 10 is installed between the rows of tubes 28A and 28B in the path of the heating gases formed between the upper surface 33 of the overhang 30 and an extension of the ceiling 29 of the combustion chamber, which is lined by the upper parts of the tubes 34 of the front wall 35 of the combustion chamber 11.
The superheater consists of suspended tube coils extending vertically from bottom to top and top to bottom across the gas path and also extending generally parallel to the flow of the heating gases from the outlet. 32 from the combustion chamber to the boiler convection tube bundle 12. The tube coils each have multiple loops and each coil receives saturated steam from a steam inlet manifold 36 and discharges it into a outlet manifold 37. The manifolds are arranged horizontally above the sky 29 of the gas path and the inlet manifold 36 is intended to receive saturated steam from the cylindrical body 22 by means of a row of tubes 38 .
The superheater 10 tube coils are evenly spaced transversely to the heater gas path, but the outermost coils are spaced from the side walls of the gas path. The spaces 40 and 40 'on the opposite sides of the superheater extend over the entire height of the gas path, have an equal width ap-
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approximately three or four times the transverse distance from axis to axis between the superheater tubes in the part of the tube bundle located beyond the combustion chamber,
and are respectively delimited by the outermost tubular coils and the side walls lined with rows of tubes 14 and 15. The spaces 40 and 40 'are provided with similar dam closures 41 and 41' and arranged in the same way. The location of the dams will be appreciated by examining Figs. 2 to 5.
As shown in Figs. 2 and 3, the tubular coil of the superheater located outermost along space 40 consists of two tubes 50 and 51 arranged in the same plane, the vertical parts
50A and 50B of the tube 50 being spaced from each other such that the space between them is approximately equal to the interposed space between the tubes 14A and 14B of the side walls and is in the same horizontal alignment as the latter intercalary space.
A vertical row 41 of superimposed refractory barrier or closure elements 42 and 44, carried by the upper surface 33 of the arch
30, extends transversely across the space 40, between the tube sections 50A and 50B and the adjacent tubes 14A and 14B. The thickness of the closure or barrier elements is sufficient to cause the tube parts 50A and 50B to flex slightly so that the elements are held between them. Each closure or barrier element terminates at one end at the sections of tubes 54 of an adjacent superheater coil and bears at the other end on the refractory wall outside the row of tubes 14.
By this arrangement, the different superimposed closure elements are suitably prevented from moving under the action of temperature changes of the parts mentioned or under the action of any pressure difference occurring during operation.
In the arrangement shown, the lowest-located closure element 42, which is not in contact with the tube parts 50A, is supported and placed on the tubes 28B of the upper face of the overhang 33 by plastic refractory 43, which sets in air and is heat resistant, to hold the closure member 42 in the desired position.
The rows 41 and 41 'only cover part of the height of the gas path and the openings with closures 47, as shown in Figs 1 and 3, are provided in the side walls to give easy access to the spaces 40 and 40 'so that the height of the rows can be changed at will to adjust the distribution of the flow of heating gas in the gas path. The heat absorption of the superheater and the final superheating temperature for a given gas flow rate from the combustion chamber 11 can thus be modified, if desired, by a change in the height of the rows 41 and 41 ', an increase of the height of these having the effect of circulating a greater proportion of gas on the superheater and vice versa.
At their points of connection to the superheaters 36 and 37, the pairs of coils of the superheater are located in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the collectors. With the exception of the outermost coil pairs, the tube portions of the coil pairs such as coils 52 and 53, adjacent to the saturated vapor header 36, are offset to form closely spaced tube sections. across the gas path, but in the coil loop near manifold 37, these coils lie in a common plane with the spacing between the tube sections across the gas path being nearly doubled. As can be seen in Figs. 1 and 3, the coils of the outermost pairs have smaller loops and are shorter than the other coils.
Spreader bars (see Figo 1) are placed on the coils, such as coils 52 and 53, near the upper ends
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coil loops to maintain the alignment and spacing of the superheater coils, and a tie rod 46 connects the tubes 28B to the adjacent tube sections of the superheater coils. Similar spacer bars 48 are placed on the tubes of the outermost superheater coils, such as coils 50 and 51, and tie rods 49 connect tubes 28B and coils, such as coil 50, as shown in Fig. . 3.
In this construction, the spacing of the coils and the spacing between adjacent tube sections of each superheater coil are generally kept uniform in the narrow gap portion of the superheater 10 tube bundle, even though the boiler operation tends to cause temperature differences between the vaporizing tubes, such as 28B, and the superheater coils
In operation, the amount of steam flowing through tubular coils, such as coils 50 and 51 of the outermost pairs of coils, from inlet manifold 36 to outlet manifold 37, will be greater than that. which circulates in the other coils of the superheater,
so that adequate cooling of the outermost coil pairs which are subjected to relatively great heat transfer in the tube sections adjacent to the unrestricted portions of the gas paths 40 and 40 'will be ensured. For relatively low superheat temperatures, it is unnecessary to reduce the length of coils, such as coils 50 and 51, compared to the length of coils, such as coils 52 and 53, to prevent overheating of the tube net , but in the majority of installations it is desirable to employ the construction shown.
In practice, the size of the heating surface of the superheater is determined so as to obtain the desired superheat temperature of the steam when the rows 41 and 41 'of refractory closing elements have a height equal to approximately half the height. the path of the heating gases. When the operation of the steam generator set has been stabilized, elements 44 can be added to or removed from rows 41 and 41 ', if necessary, to achieve the desired superheat temperature.
The addition or removal of elements 44 is done much more simply than adding or subtracting a certain amount of heating surface in the superheater, and if a change in the fuel still requires adjustment of the heating surface. height of closures or dams, this can be done easily.
CLAIMS. the - Tubular steam generator and superheater group, comprising a heating gas path provided with vaporizing wall tubes and enclosing a bundle of superheating tubes comprising suspended tubular coils, extending from top to bottom and from bottom to top transverse- lement in the gas path,
characterized in that the superheater tube bundle is spaced from a side wall of the gas path and devices are provided to regulate the flow of heating gases in the superheater tube bundle and include at least one removable barrier or closure which extends across the bypass formed by the space between the superheater tube bundle and the side wall and is held in place by the tubes at the wall and at the superheater.