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PERFECTIONNEMENTS APPORTES AU NETTOYAGE DES INSTALLATIONS DE CHAUDIERES A
VAPEUR
Pour le nettoyage des surfaces de chauffe léchées par les gaz de chauffage dans les chaudières à vapeur, réchauffeurs ou appareils analogues, surfaces qui, comme le montre Inexpérience se recouvrent, après un certain temps dexploitation de dépôts durs de la nature des mâchefers ou formant des incrustations de compositions diverses, on a déjà proposé de faire agir un mélange d'eau.
de préférence sous forme .de vapeur ou de pulvérisation fine, et de solutions ammoniacales, sur les surfaces de chauffe préalablement refroidies, jusqu9à ce que le re- vêtement éclate ou se détache, cette action pouvant être renforcée, par exemple par des jets d'air comprimée Le refroidissement préalable des surfaces de chauffe est alors en général amorcé par le refroidissement graduel de la chaudière mise hors service, et de son contenu d'eau, en- viron jusqu'à la température de la chaufferie, ne serait-ce que pour pouvoir pénétrer dans les vides de la chaudière chauffés par le foyer.
Or, on a constaté que ce procédé simple ne conduit pas toujours à un résultat satisfaisanto Il arrive en particulier, qu'après une certaine durée de l'opération décrite ci-dessus, le nettoyage ne continue pas de façon appréciable, c'est-à-dire que les revêtements et incrustations, au moins en beaucoup de points, ne se détachent pluso On a reconnu que la cause de cet insuccès est que pendant l'opération décrite, il se dégage continuellement une nouvelle quantité de chaleur qui agit en sens contraire du régine de refroidissement établi auparavanto On a toutefois trouvé de plus que la consommation du mélange actif d'eau et d'ammoniaque joue un rôle et que l'on peut obtenir une amélioration notable qui se manifeste par un détachement plus rapide ou plus facile des dépôts ou incrustations,
lorsque ce mélange contient en même temps de 1'anhydride carbonique sous les différentes formes possibleso Cet anhydride carbonique est absorbé dans les pores du dépôt, et augmen- te, suivant les observations faites, l'accroissement de la pression inté-
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rieure qui s'opère dans ces pores, accroissement qui provoque l'éclatement des écailles et des incrustationso L'explication de cette amélioration doit être cherchée dans le fait que dans l'intervalle de temps dans lequel le mé- lange de vapeur d'ammoniaque et d'eau et l'anhydride carbonique se conden- sent simultanément,dans le condensât qui a pénétré dans les pores, grâce à la chaleur de réaction dégagée lors de la neutralisation de l'acide sulfu- rique libre présent dans les dépôts, une partie de l'anhydride carbonique est libérée sous forme de gaz.
Ce phénomène peut être renforcé par un chauffage temporaire. Le dégagement de l'anhydride carbonique gazeux s' ajoute au dégagement d'ammoniaque gazeux déjà en cours, ce qui produit une augmentation de la pression totale dans les dépôts. Cette augmentation de pression est la cause de l'augmentation de l'effet d'éclatement.
Sur la base des notions exposées, on a, selon l'invention, mis au point un procédé de nettoyage qui consiste à faire agir un mélange d' eau sous forme de liquide ou de vapeur, d'ammoniac et d'anhydride carbonique sous forme de mélange gazeux ou de solution de carbonates ammoniacaux, et d'opérer pendant cette action sur le côté normalement baigné par l'eau, un refroidissement par eau, solution réfrigérante, air froid, ou autre fluide réfrigérant, et à continuer l'opération jusqu'à l'éclatement des dépôts adhérents
L'ammoniac et l'anhydride carbonique des mélanges peuvent être utilisés sous différentes formes, par exemple l'ammoniac sous forme d'ammoniac gazeux ou sous forme de solution aqueuse, ou sous la forme d' une solution de sel d'ammonium carbonaté;
l'anhydride carbonique peut alors être ajouté soit directement sous forme gazeuse, soit sous forme de solution de carbonates ammoniacaux, tels que carbonate d'ammonium, bicar- bonate d'ammonium du commerce, ou mélanges de carbonates mixtes analogues.
Une variante du procédé selon l'invention, consiste@à@@pérer sur 1 côté baigné par l'eau en alternant un refroidissement et un chauffage, par exemple par de la vapeur, de l'eau chaude etc... 0 Ce. refroidissement et ce chauffage alternés constituent d'abord un moyen de diriger l'effet réfri- gérant., mais de plus, on provoque aussi dans les pores du dépôt une augmen- tation de la surpression intérieure qui s'y établito Dans cette variante, le refroidissement assure encore principalement la condensation des vapeurs d'eau et d'ammoniaque en mélange avec l'anhydride carbonique mis en action .
L'action directrice pour le refroidissement peut être influencée dans une large mesure par le chauffage qui s'exécute alternativement, ainsi qu'en faisant varier son intensité et sa durée relative. Ce chauffage temporaire s'exécute après la vidange du fluide réfrigérant utilisé, en envoyant de la vapeur de chaudière ou de l'eau chaude.
Le mode de mise en oeuvre le plus simple de cette forme de ré- alisation du procédé selon l'invention, consiste naturellement à prévoir pour la totalité des surfaces de chauffe à soumettre au traitement dans une installation de chaudière, une entrée unique et une évacuation unique pour le fluide réfrigérant, c'est-à-dire un courant unique de traversée de ce fluide réfrigéranto Dans les systèmes de chaudière formée d'éléments as- sembléµ, qui pratiquement sont de règle, et qui sont constitués générale- ment,par exemple par la chaudière proprement dite à tubes bouilleurs, le surchauffeur de vapeur, l'économiseur pour le préchauffage de l'eau d'alimen- tation, et un réchauffeur d'air,
on a reconnu cependant comme notablement plus avantageux de traiter de façons différentes ces diverses parties de l'installation en ce qui concerne le refroidissement à appliquer du côté baigné.par l'eau, ainsi que le refroidissement et le chauffage alternés.
A cet effet, on a avantage à employer pour les différentes parties de 1' installation et les surfaces'de chauffe partielles, des fluides réfrigérants de natures différentes et en quantités diverses, par exemple on peut refro1 dir les surfaces de chauffe de la chaudière, et les surfaces de surchauffe
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par de l'eau épurée, c'est-à-dire soumise à une préparation;
et par con- tre les surfaces de chauffe de l'économiseur avec de l'eau de puits et les surfaces de chauffe du réchauffeur d'air avec de l'airo
Une méthode avantageuse pour la mise en oeuvre des procédés ex- posés peut être réalisée en constituant, au moyen de raccords particuliers d'admission et d'échappement pour les fluides réfrigérants, dans les groupes des tubes de chaudière, dans le surchauffeur, dans l'économiseur, et dans le réchauffeur d'air, des circuits différents des fluides réfrigérants, qui peuvent être alimentés et vidangés séparément.
On peut utiliser une forme spéciale de ce genre de mise en oeuvre dans les surchauffeurs qui, comme c'est généralement le cas,sont constitués par des étages différents, en mettant à profit cette circonstance que ces étages, individuellement ou groupés à plusieurs, forment des couplages en parallèle de circuits parti- , culiers.de fluide réfrigérant. Cette méthode représente la mise à profit de la division déjà usitée dans les surchauffeurs pour de simples raisons cons - tructes en vue de créer plusieurs circuits en parallèle de fluide réfrigé- rant.
L'avantage de ces modes de mise en oeuvre du procédé selon 1. invention, est que, non seulement la demande de refroidissement est adaptée de la façon la meilleure et la plus favorable aux différentes parties de 1', installation, mais qu'on peut pour chacune des parties individuelles, choisir et utiliser le fluide réfrigérant le mieux approprié. En vertu du principe de l'invention, cette disposition est rendue possible par les natures et les débits différents des fluides de refroidissement à prévoir pour les dif- férentes parties de 1-'installation.
Tout d'abord, dans les différentes parties de l'installation -surface de chauffe de la chaudière,surchauffeur, économiseur, réchauffeur d'air - par le fait déjà qu'elles sont léchées par des gaz de la combustion présen- tant des zones de températures différant fortement, les dépôts et incrus- tations du côté des gaz des fumées qu'il s'agit d'enlever par le procédé de nettoyage suivant l'invention sont aussi,comme il résulte de l'expé- rience, fortement différentes dans une installation de chaudière, aussi bien comme constitution que comme structure. Mais, ces couches de natures différentes exigent des refroidissements de natures et d'intensités diffé- rentes, quand on fait agir pour le nettoyage, des mélanges de vapeur, d'eau, d'ammoniac et éventuellement d'anhydride carbonique.
De plus, les dimensions totales des différentes parties des surfaces de chauffe d'une installation de chaudière composite sont elles-mêmes fortement différentes. Ces demandes différentes des diverses parties exigent l'utilisation de fluides réfrigérants différant par leur nature, leur température et leur débite
Il est recommandable par exemple d'exécuter le refroidissement 'des chambres d'ébullition avec de l'eau épurée, c'est-à-dire de l'eau prépa- rée pour l'alimentation des chaudières à température ordinaire,eau qui toutefois, n'est naturellement disponible qu'en quantité limitée;
de plus, le refroidissement des parties de surchauffeur est avantageusement exécuté -par de la saumure réfrigérante, telles qu'un liquide réfrigérant à basse température, et enfin le refroidissement de l'économiseur avec de l'eau de puits, qui est naturellement plus froide que Peau épurée, et en règle générale que 1?eau fraîche à introduire et qui est disponible en quantité quelconque ou au moins en quantité suffisamment grandeo Lorsque la saumu- re réfrigérante précitée ne peut pas être recommandée pour le surchauffeur à cause du danger de corrosion présenté par sa teneur en sel, on refroidit éventuellement une partie de l'eau préparée (épurée) utilisée dans des ap- pareils réfrigérants à température particulièrement basseet après son ré- chauffage on la ramène pour une nouvelle utilisation du même genre.
Mais on peut éventuellement;, comme autre mode de mise en oeu- vre du procédé, combiner les chambres d'ébullition et les chambres de sur- chauffe pour former un passage du liquide réfrigérant en les refroidissant
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les unes et les autres avec de Peau préparée, c'est-à-dire de l'eau qui n' est pas particulièrement froide.On peut avoir recours à ce moyen quand on ne demande pas un nettoyage poussé., c'est-à-dire un nettoyage complet du surchauffeur, parce que par exemple 1-'effet de surchauffe des gaz de la com- bustion deviendrait trop forte Cette condition peut être imposée par cer- tains combustibles, en particulier lorsqu'on passe, d'un combustible utili- sé jusque-là, à un autre.
La variabilité mentionnée de l'effet du refroidissement pour l'économiseur peut devenir la plus importante, parce que l'économiseur est presque toujours la partie de l'installation qui comporte la surface de chauffe relativement la plus grande, et qui, par suite, a un besoin propor- tionné d'un effet réfrigérant énergique.
Il est compréhensible que par les moyens selon l'invention décrite, on a la possibilité de tenir compte à vc onté de nécessités très différentes dans les différentes parties de l'installation.
Ce qui a été dit précédemment pour le besoin de refroidissement des différentes parties de l'installation est valable également de façon ana- logue pour le chauffage qui, d'après la description donnée au début du pro- cédé de nettoyage, peut être utilisé en alternant avec le refroidissement.
Ce chauffage est exécuté en vidangeant temporairement les parties de l'ins- tallation de chaudière prévues à cet effet du fluide réfrigérant utilisé pour le refroidissement, et en y envoyant de la vapeur de chaudière ou de l'eau chaude. On peut utiliser ce refroidissement et ce chauffage alternativement, dans certains cas avec répétition, et, par exemple faire varier les temps d'action du refroidissement et du chauffage, afin de régler d'une façon convenable l'intensité du refroidissement qui est nécessaire pour faire éclater les dépôts Il est clair, que, également pour cet emploi simulta- né du chauffage,
la division de 1-'ensemble de l'installation en différents circuits de refroidissement constitue un moyen important et très avantageux pour l'amorçage et le réglage des actions qui leur sont attribuées. On peut par cette subdivision atteindre par le chauffage, au moins un certain nom- bre des parties séparées, mais non d'autres, et l'on peut par suite, par exemple refroidir ou chauffer simultanément dans les différentes parties voisines de l'installationo
Un avantage tout à fait essentiel du procédé suivant l'inven- tion est que l'on peut prendre pour la durée totale du traitement des par- ties individuelles de l'installation, des dispositions telles pour chacune de celles-ci que dans l'ensemble le nettoyage se poursuit sensiblement ou approximativement à une vitesse égale.
Ces dispositions consistent principalement dans le dosage correct du re- froidissement, ainsi que du chauffage en observant simultanément l'intensi- té de l'action exercée par les mélanges de traitement formés par la vapeur d'eau, l'ammoniac et éventuellement aussi l'anhydride carbonique sur les surfaces de chauffe à nettoyer. C'est évidemment un avantage essentiel lorsque les différentes parties de l'installation, qui se comportent au nettoyage de fagon qui diffèrent fortement, sont nettoyées avec une allu- re telle qu'aucune partie de l'installation ne retarde fortement dans ses résultats sur les autres parties;, et par suite allonge de façon gênante la durée totale du traitement.
Les phénomènes intérieurs qui se succèdent lors de la mise en oeuvre'du procédé dans les dépôts à enlever et provoquent leur éclatement ne sont pas encore complètement expliqués dans le détail; ils dépendent d'ailleurs très fortement de la nature, et de la structure des dépôts.
Mais, il paraît bien établi que dans le procédé supposé connu, d'une part par la formation de condensat dans Inaction des mélanges d'eau et d'ammonia- que même des mélanges contenant suivant l'invention de l'anhydride carbonique, sous forme de vapeur ou de projections, sur les dépôts, d'autre part, par la
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neutralisation de l'acide sulfurique libre présent dans ceux-ci, il se dé- veloppe de nouvelles quantités de chaleur qui affectent l'évolution du pro- cessus, en particulier la condensation indispensable pour ce dernier des vapeurs d'eau et d'ammoniac)ou même 1'empêche complètemento Grâce au refroi- dissement sur les faces mouillées par )eau employé continuellement confor- mément à l'invention,cette chaleur nuisible est évacuée.
De ce fait, les mélanges de traitement contenant de l'eau et de l'ammoniaque et de 1?anhydride carbonique utilisés agissent sans être gênés, ni modifiés, et provoquent sûrement et complètement les effets d'éclatement visés par le procédé antérieurement connu. Il faut donc admettre que la teneur en eau du mélange qui réagit avec le dépôt provoque des transformations chimiques et physiques dans ces dépôts avec formation d'états intérieurs de compression et de tension qui reposent sur l'absorption d'eau de cristallisation et pro- voquent des augmentations de volume avec des effets de compression et d' éclatement résultants qui forment la base du perfectionnement selon l'in- vention.
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IMPROVEMENTS IN THE CLEANING OF BOILER SYSTEMS IN
STEAM
For cleaning the heating surfaces licked by the heating gases in steam boilers, heaters or the like, surfaces which, as experience has shown, overlap, after a certain time of operation with hard deposits of the nature of bottom ash or forming encrustations of various compositions, it has already been proposed to make a mixture of water act.
preferably in the form of vapor or fine spray, and of ammoniacal solutions, on the heating surfaces previously cooled, until the coating bursts or comes off, this action being able to be reinforced, for example by jets of compressed air The pre-cooling of the heating surfaces is then generally initiated by the gradual cooling of the boiler taken out of service, and of its water content, approximately to the temperature of the boiler room, if only to be able to penetrate the spaces of the boiler heated by the fireplace.
However, it has been observed that this simple process does not always lead to a satisfactory result. In particular, after a certain duration of the operation described above, the cleaning does not continue in an appreciable manner, that is to say that is to say that the coatings and encrustations, at least in many points, no longer come off o It has been recognized that the cause of this failure is that during the operation described, a new quantity of heat is continuously released which acts in the direction of contrary to the previously established cooling regina o However, it has furthermore been found that the consumption of the active mixture of water and ammonia plays a role and that a noticeable improvement can be obtained which is manifested by a faster or easier detachment deposits or encrustation,
when this mixture contains at the same time carbon dioxide in the different possible forms This carbon dioxide is absorbed in the pores of the deposit, and increases, according to the observations made, the increase in the internal pressure
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increase which takes place in these pores, which causes the bursting of scales and encrustations o The explanation for this improvement must be sought in the fact that in the time interval in which the mixture of ammonia vapor and water and carbon dioxide condense simultaneously, in the condensate which has entered the pores, thanks to the heat of reaction given off during the neutralization of the free sulfuric acid present in the deposits, a part of the carbon dioxide is released as a gas.
This phenomenon can be reinforced by temporary heating. The evolution of carbon dioxide gas adds to the evolution of ammonia gas already in progress, which produces an increase in the total pressure in the deposits. This increase in pressure is the cause of the increased burst effect.
On the basis of the concepts set out, according to the invention, a cleaning process has been developed which consists in causing a mixture of water in the form of liquid or vapor, of ammonia and of carbon dioxide in the form of a vapor to act. gas mixture or solution of ammoniacal carbonates, and to operate during this action on the side normally bathed in water, cooling by water, refrigerant solution, cold air, or other refrigerant fluid, and continue the operation until '' the bursting of adherent deposits
The ammonia and carbon dioxide of the mixtures can be used in various forms, for example ammonia in the form of gaseous ammonia or in the form of an aqueous solution, or in the form of a carbonated ammonium salt solution;
the carbon dioxide can then be added either directly in gaseous form or in the form of a solution of ammoniacal carbonates, such as ammonium carbonate, commercial ammonium bicarbonate, or mixtures of similar mixed carbonates.
A variant of the method according to the invention consists of operating on 1 side bathed in water by alternating cooling and heating, for example by steam, hot water, etc. 0 This. alternating cooling and heating constitute first of all a means of directing the cooling effect., but in addition, in the pores of the deposit, an increase in the internal overpressure which is established there is also caused. cooling still mainly ensures the condensation of the vapors of water and ammonia mixed with the carbon dioxide put into action.
The directing action for cooling can be influenced to a large extent by the heating which is performed alternately, as well as by varying its intensity and relative duration. This temporary heating takes place after draining the refrigerant fluid used, by sending boiler steam or hot water.
The simplest mode of implementation of this embodiment of the process according to the invention naturally consists in providing for all the heating surfaces to be subjected to the treatment in a boiler installation, a single inlet and an outlet. unique for the refrigerant fluid, that is to say a single flow through which this refrigerant fluid flows - In boiler systems formed of assembled elements, which are practically the rule, and which generally consist of for example by the actual boilers, the steam superheater, the economizer for preheating the feed water, and an air heater,
however, it has been recognized as notably more advantageous to treat these various parts of the installation in different ways with regard to the cooling to be applied on the water-bathed side, as well as the alternating cooling and heating.
For this purpose, it is advantageous to use for the different parts of the installation and the partial heating surfaces, refrigerant fluids of different kinds and in various quantities, for example one can cool the heating surfaces of the boiler, and overheating surfaces
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by purified water, that is to say subjected to a preparation;
and on the other hand the heating surfaces of the economizer with well water and the heating surfaces of the air heater with air
An advantageous method for carrying out the processes described can be achieved by constituting, by means of special inlet and outlet fittings for the refrigerant fluids, in the groups of the boiler tubes, in the superheater, in the 'economizer, and in the air heater, different circuits of the refrigerant fluids, which can be supplied and drained separately.
A special form of this type of implementation can be used in superheaters which, as is generally the case, are made up of different stages, taking advantage of the circumstance that these stages, individually or grouped together, form parallel couplings of particular circuits, refrigerant fluid. This method represents the use of the division already used in superheaters for simple structural reasons in order to create several circuits in parallel of refrigerant.
The advantage of these embodiments of the method according to the invention is that not only is the cooling demand adapted in the best and most favorable way to the different parts of the installation, but that can for each of the individual parts, choose and use the most suitable refrigerant. By virtue of the principle of the invention, this arrangement is made possible by the different natures and flow rates of the cooling fluids to be provided for the different parts of the installation.
First of all, in the different parts of the installation - the heating surface of the boiler, superheater, economizer, air heater - by the fact that they are already licked by combustion gases presenting zones of strongly differing temperatures, the deposits and encrustation on the side of the gases of the flue gases which have to be removed by the cleaning process according to the invention are also, as it results from experience, strongly different in a boiler installation, both as a constitution and as a structure. However, these layers of different natures require cooling of different natures and intensities, when mixing of steam, water, ammonia and possibly carbon dioxide are used for cleaning.
In addition, the total dimensions of the different parts of the heating surfaces of a composite boiler installation are themselves significantly different. These different demands of the various parts require the use of refrigerant fluids which differ in their nature, their temperature and their flow rate.
It is advisable, for example, to carry out the cooling of the boiling chambers with purified water, that is to say water prepared for supplying boilers at ordinary temperature, water which however , is of course only available in limited quantities;
moreover, the cooling of the superheater parts is advantageously carried out by cooling brine, such as a low temperature refrigerant liquid, and finally the cooling of the economizer with well water, which is naturally colder than purified water, and as a general rule only fresh water to be introduced and which is available in any quantity or at least in a sufficiently large quantity o When the aforementioned refrigerant brine cannot be recommended for the superheater because of the danger of corrosion Presented by its salt content, part of the prepared (purified) water used in refrigerating apparatuses at particularly low temperature is optionally cooled and after its reheating it is brought back for a new use of the same kind.
But one can optionally ;, as another mode of carrying out the process, combine the boiling chambers and the superheating chambers to form a passage for the refrigerant liquid by cooling them.
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both with prepared water, that is to say water which is not particularly cold. One can have recourse to this means when one does not require a thorough cleaning. ie a complete cleaning of the superheater, because for example the superheating effect of the combustion gases would become too strong This condition can be imposed by certain fuels, in particular when passing from a fuel used until then, to another.
The mentioned variability of the cooling effect for the economizer may become the most important, because the economizer is almost always the part of the installation which has the relatively largest heating surface, and which therefore has a propor- tionate need for a strong cooling effect.
It is understandable that by the means according to the invention described, it is possible to take account of very different needs in the different parts of the installation.
What has been said previously with regard to the need for cooling the different parts of the installation is also valid in the same way for the heating which, according to the description given at the start of the cleaning process, can be used in combination. alternating with cooling.
This heating is carried out by temporarily draining the parts of the boiler installation provided for this purpose of the refrigerant used for cooling, and by sending boiler steam or hot water thereto. This cooling and heating can be used alternately, in some cases with repetition, and, for example, varying the action times of cooling and heating, in order to suitably adjust the amount of cooling which is necessary for burst the deposits It is clear that, also for this simultaneous use of heating,
the division of the whole installation into different cooling circuits constitutes an important and very advantageous means for the priming and the adjustment of the actions which are assigned to them. By this subdivision it is possible to reach by heating at least a certain number of the separate parts, but not others, and it is therefore possible, for example, to cool or heat simultaneously in the various neighboring parts of the installation.
An entirely essential advantage of the process according to the invention is that, for the entire duration of the treatment of the individual parts of the installation, such arrangements can be made for each of these as in the together cleaning continues at substantially or approximately equal speed.
These arrangements consist mainly in the correct dosage of cooling, as well as of heating, simultaneously observing the intensity of the action exerted by the treatment mixtures formed by water vapor, ammonia and possibly also l. carbon dioxide on the heating surfaces to be cleaned. This is obviously an essential advantage when the different parts of the installation, which behave in cleaning ways which differ greatly, are cleaned with such an appearance that no part of the installation strongly lags in its results on the other parts ;, and therefore inconveniently lengthens the total duration of treatment.
The internal phenomena which follow one another during the implementation of the process in the deposits to be removed and cause their bursting are not yet fully explained in detail; they depend moreover very strongly on the nature and structure of the deposits.
But, it seems well established that in the supposedly known process, on the one hand by the formation of condensate in the inaction of water and ammonia mixtures, even mixtures containing carbon dioxide according to the invention, under form of vapor or projections, on the deposits, on the other hand, by the
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neutralization of the free sulfuric acid present in them, new quantities of heat develop which affect the development of the process, in particular the condensation essential for the latter of water and ammonia vapors ) or even completely prevent it. By means of the cooling on the water-wetted faces continuously employed in accordance with the invention, this harmful heat is removed.
Therefore, the treatment mixtures containing water and ammonia and carbon dioxide used work without being hampered or modified, and reliably and completely induce the bursting effects intended by the previously known process. It must therefore be admitted that the water content of the mixture which reacts with the deposit causes chemical and physical transformations in these deposits with the formation of internal states of compression and tension which are based on the absorption of water of crystallization and pro- evoke increases in volume with resulting squeezing and bursting effects which form the basis of the improvement according to the invention.