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PERFECTIONNEMENTS AUX FOYERS CYCLONE ET A LEUR MODE DE FONCTIONNEMENT.
Cette invention concerne les foyers cyclone et leur mode de fonctionnement. Lorsqu'on emploie du charbon cokéfiant dans un foyer cyclone, l'introduction du combustible et de 1'air véhiculaire dans la chambre de combustion d'une manière propre à produire un violent tourbillonnement donne lieu à des perturbations, parce que les particules de charbon se ramollissent avant distillation des matières volatiles,qu'elles tendent à adhérer aux surfaces et que la cokéfaction des particules adhérentes provoque des accumulations de coke. Ces accumulations nuisent à la combustion et lorsqu'elles se rompent,il se produit une forte perte de cendres volantes.
En raison de la grande vitesse dont sont animés les gaz de combustion, le temps pendant lequel ils restent dans un foyer cyclone est court. Par exemple, dans un foyer ayant une capacité de 5.000.000 k.cal. par heure et par mètre cube, le temps est d'environ un dixième de seconde.
Alors que les particules de combustible sont retenues par la pellicule de scorie en fusion sur les parois périphériques de la chambre de combustion, les particules les plus fines sont entraînées par les gaz. Comme le combustible à son entrée dans la chambre de combustion est dégazéifié et rendu propre à la combustion, une partie de la chambre de combustion est perdue gour la combustion et ceci est désavantageux,particulièrement au point de vue de l'énergie de la grande vitesse de tourbillonnement perdue dans cette partie.
Un but de l'invention est de réduire ou d'éviter le danger des accumulations de coke dans les chambres de foyers cyclone. Un autre but est de permettre à l'espace intérieur de la chambre de combustion d'un foyer cyclone d'être employé plus effectivement pour la combustion.
La présente invention comprend le procédé pour brûler un charbon cokéfiant qui consiste à entraîner des particules de charbon dans un cou-
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rant d'air véhiculaire, à chauffer les particules en suspension pour effec- tuer la transformation des particules en coke, à envoyer le courant d'air véhiculaire et les particules de coke dans une chambre de foyer cyclone, à fournir de l'air comburant à la chambre du foyer, à provoquer un mouvement de tourbillonnement combiné autour de la chambre de combustion du foyer et un mouvement axial le long de celle-ci de l'air et des particules de coke et à brûler les particules de coke dans la chambre du foyer à une température dépassant la température de fusion de la cendre continue dans les particules.
L'invention comprend aussi un foyer cyclone 'où,des dispositifs pour envoyer des particules de combustible dans la chambre du foyer comportent une chambre de combustion préliminaire ou de préparation à parois réfractaires qui est agencée pour conduire le courant véhiculaire et les particules entraînées à une vitesse relativement faible vers la chambre du foyer pendant la préparation des particules par transformation en coke par chauffage et qui s'ouvre dans la chambre du foyer.
On décrira maintenant l'invention à titre d'exemple en se référant aux dessins partiellement schématiques ci-annexés, dans lesquels :
Fig. 1 est une coupe verticale longitudinale d'une forme d'exécution du foyer cyclone comprenant une chambre de combustion préliminaire ou de préparation.
Fig. 2 est une coupe transversale suivant la ligne II-II de la fig. 1.
Fig. 3 est une coupe verticale longitudinale d'une autre forme d'exécution du foyer cyclone comportant une chambre de combustion préliminaire ou de préparation, et
Fig. 4 est une coupe horizontale suivant la ligne IV-IV de la fig. 3.
Sur les figs. 1 et 2, le foyer cyclone comprend une partie cylindrique à double paroi 1, dont la surface intérieure est garnie de matière réfractaire 3 et qui est pourvue de dispositifs appropriés pour faire circuler un fluide de refroidissement tel que de l'eau dans l'espace 2 entre les parois. La paroi avant 14 de la chambre de combustion 15 qui est aussi garnie de matière réfractaire est pourvue d'un conduit central 4 servant à l'introduction de l'air tertiaire ou utilisé comme regard. L'extrémité arrière de la chambre de combustion s'ouvre dans un parcours de gaz ou l'équivalente pour le passage des gaz venant de la chambre de com- bustion.
La chambre de combustion 15 du foyer cyclone communique à proximité de la paroi avant 14 avec une chambre de combustion préliminaire ou de préparation 5 présentant un axe vertical perpendiculaire ou approxi- mativement perpendiculaire à l'axe de la chambre du foyer cyclone. La chambre de préparation s'ouvre librement dans la chambre du foyer cyclone, les parois avant et arrière de la chambre de préparation s'évasant légèrement à l'extrémité inférieure de la chambre, comme c'est représenté sur la fig.l.
La chambre de préparation est formée par une enveloppe en tôle 7 garnie intérieurement de matière réfractaire 7 et est pourvue à son extrémité supérieure d'une tête mélangeuse 8.
La tête mélangeuse 8 en tôle d'acier forme un compartiment divisé par une cloison 9 et s'ouvrant vers le bas dans la chambre de préparation et elle est pourvue d'entrées avant et arrière 10 et 11 pour le combustible et l'air vehiculaire. dirigées en sens opposés vers la cloison 9.
Une tuyère à air secondaire 12 disposée à peu près tangentiellement par rapport à la paroi périphérique de la chambre du foyer cyclone est agencée pour refouler de l'air à grande vitesse en travers de la scr- tie de la chambre de préparation. Des tuyères à air secondaire 13 sont dirigées dans le même sens que la tuyère 12.
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La chambre de préparation 5 sert de chambre de chauffe où les particules de charbon restent en suspension jusqu'à ce qu'elles ne soient plus visqueuses et que du coke solide ait été formé. Des essais ont montré que les particules de charbon qui. ont été traitées ainsi, peuvent être pro- jetées à 1'état de coke contre la paroi de la chambre du foyer cyclone sans y adhérer. Dans une chambre de préparation verticale pourvue d'une sortie à la base, le temps pendant lequel il est nécessaire de retenir les particu- les peut être atteint dans une chambre de préparation relativement courte, attendu qu'on peut employer une vitesse de l'air qui si elle convertit en vitesse correspondante de l'air à l'état froid est de 2 à 3 mètres par se- conde.
Lorsque la circulation dans une chambre de préparation n'est pas verticalement descendante, une vitesse plus élevée peut être nécessaire pour maintenir les particules en suspension. En raison de sa faible vites- se, il ne faut que peu de force motrice pour maintenir le courant dans la chambre de préparation.
En service, des courants d'air véhiculaire et de particules de charbon entraînées sont amenés par les entrées 10 et 11 et viennent frapper la cloison 9, de telle sorte qu'ils sont déployés vers l'extérieur et qu'on obtient un mélange approximativement uniforme de particules et d'air dans le courant circulant de haut en bas dans la chambre de préparation, qui agit à une température suffisamment élevée pour effectuer la transformation des particules de charbon en coke.
Le courant qui passe de la chambre de préparation dans la chambre du foyer où la combustion s'achève à une température supérieure à celle de la fusion des cendres du charbon, est soumise à la décharge d'air secondaire par la tuyère 12, ce qui a pour effet de faire tourbillonner le courant autour de la chambre du foyer, le tourbillonnement étant maintenu par une autre arrivée d'air secondaire admis par les tuyères 13.
Sur les figs. 3 et 4, le foyer cyclone, dont l'axe est vertical, comprend une paroi cylindrique 20 autour d'une partie supérieure de laquelle est formée une chambre de préparation annulaire concentrique 21 pourvue à son extrémité inférieure d'une sortie communiquant avec la chambre 22 du foyer cyclone et formée par une couronne circulaire de lumières 23 ménagées dans la partie de la paroi 20 séparant les deux chambres.
Dans une région supérieure de la chambre de préparation 21 s'ouvrent plusieurs entrées circonférentiellement espacées et dirigées tangentiellement 24 pour l'air porteur et le charbon et les lumières 23, qui constituent une sortie pratiquement libre, sont inclinées dans le même sens que les entrées 24. En dessous des lumières 23, le foyer cyclone présente un certain nombre de tuyères à air secondaire espacées circonférentiellement 25 destinées à admettre de l'air secondaire tangentiellement ou à peu près tangentiellement à la paroi périphérique de la chambre du foyer cyclone, à une vitesse élevée et dans le même sens de tourbillonnement que celui imprimé à l'air véhiculaire et aux particules de combustible.
Le fond de la chambre du foyer cyclone 22 est incliné de haut en bas vers une sortie 26 pour la scorie en fusion et le sommet de cette chambre est incliné de bas en haut et se raccorde à un goulot de sortie des gaz 27.
Un système de tubes vaporisants commun sert à refroidir les parois de la chambre du foyer cyclone et de la chambre de préparation, les parois comprenant des tubes vaporisants convenablement reliés au système circulatoire d'un générateur de vapeur, pourvus de pointes qui y sont soudées et garnis de matière réfractaire 28 qui ferme hermétiquement les espaces entre les tubes ou contribue à former les lumières 23. Ainsi la majorité des sections de tubes 29 qui servent de tubes de paroi et de tubes de fond pour la partie inférieure de la chambre du foyer cyclone et qui garnissent les parois divergentes de la sortie des scories 26, se prolongent pour former des sections de tubes 30 dans la paroi extérieure de la chambre de préparation 21.
Les sections de tubes restants 29 s'étendent entre les lumières 23 et au-dessus de celles-ci elles sont ramifiées pour former un plus grand nombre de sections de tubes 31 dans la partie de la paroi de la
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chambre du foyer cyclone séparant cette chambre de la chambre de préparation.
Au-dessus de celle-ci les sections de tubes 31 et les sections de tubes 30 se réunissent pour former un nombre approprié de sections de tubes 32 dans le ciel de la chambre du foyer cyclone et la paroi du goulot 27.
En service, l'air véhiculaire et les particules de charbon admis par les entrées 24 circulent relativement lentement autour de la chambre de préparation 21 où la combustion est commencée et les particules, par suite de leur chauffage, de leur ramollissement et de leur dégazéification, sont transformées en coke. Le courant fluide venant des lumières 23 en tourbillonnant dans le même sens que l'air secondaire venant des tuyères 25 est accéléré par l'air secondaire qui pénètre dans la chambre 22 du foyer cyclone à une grande vitesse. Dans cette chambre, la combustion s'achève à une haute température et la scorie en fusion est recueillie et évacuée par la sortie des scories 26, tandis que les gaz de combustion passent par le goulot' 27.
Si on le désire, la chambre de préparation peut être placée à un niveau plus élevé ou plus bas par rapport à la chambre du foyer cyclpne que dans la disposition représentée. Par exemple, la chambre de préparation peut être disposée autour du goulot de sortie des gaz et ses lumières de sortie peuvent être ménagées dans le ciel de la chambre du foyer cyclone.
Dans la chambre du foyer cyclone représentée sur les figs.
3 et 4, la préparation du combustible est effectuée en dépensant peu de fcr- ce motrice, la chaleur est maintenue vu que la chambre de préparation entoure la chambre du foyer cyclone, l'encombrement est réduit et l'économie de matériaux est assurée. En outre, la disposition permet d'adapter la con--- struction aux circonstances, particulièrement sous le rapport de l'introduc- tion de l'air porteur.
REVENDICATIONS.,
1.- Procédé pour brûler un charbon cokéfiant dans un foyer cyclone où un mouvement combiné de tourbillonnement autour de la chambre du foyer et de déplacement axial le long de celle-ci de l'air et des particules de combustible a lieu pendant la combustion du combustible à des températures supérieures à la température de fusion de la cendre contenue dans les particules, caractérisé en ce que les particules de charbon entraînées dans un courant d'air véhiculaire sont chauffées à l'état de suspension pour transformer les particules en coke, et le courant véhiculaire et les particules à l'état de coke sont admis dans la chambre du foyer cyclone pour y brûler le coke.
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IMPROVEMENTS TO CYCLONE FIREPLACES AND THEIR OPERATING MODE.
This invention relates to cyclone fires and their mode of operation. When coking coal is used in a cyclone furnace, the introduction of the fuel and carrier air into the combustion chamber in a manner such as to produce violent swirling gives rise to disturbance, because the carbon particles soften before distillation of the volatiles, that they tend to adhere to surfaces and that the coking of the adhering particles causes accumulations of coke. These accumulations interfere with combustion and when they break, a great loss of fly ash occurs.
Due to the high speed with which the combustion gases are animated, the time during which they remain in a cyclone hearth is short. For example, in a household with a capacity of 5,000,000 k.cal. per hour and per cubic meter, the time is about a tenth of a second.
While the fuel particles are retained by the film of molten slag on the peripheral walls of the combustion chamber, the finer particles are entrained by the gases. As the fuel entering the combustion chamber is degassed and made suitable for combustion, part of the combustion chamber is lost during combustion and this is disadvantageous, particularly from the point of view of high speed energy. vortex lost in this part.
An object of the invention is to reduce or avoid the danger of accumulations of coke in the chambers of cyclone fires. Another object is to allow the interior space of the combustion chamber of a cyclone fireplace to be used more effectively for combustion.
The present invention comprises the process for burning a coking coal which comprises entraining particles of coal in a co-
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vehicular air flow, to heat the suspended particles to effect the transformation of the particles into coke, to send the vehicular air current and the coke particles to a cyclone hearth chamber, to supply combustion air to the hearth chamber, to cause a combined swirling motion around the combustion chamber of the hearth and axial movement along it of air and coke particles and to burn the coke particles in the chamber of the hearth at a temperature exceeding the melting point of the continuous ash in the particles.
The invention also includes a cyclone hearth where, devices for delivering fuel particles into the hearth chamber include a refractory-walled preliminary combustion or preparation chamber which is arranged to conduct the vehicle stream and entrained particles to a chamber. relatively low velocity to the hearth chamber during the preparation of particles by heating to coke and which opens into the hearth chamber.
The invention will now be described by way of example with reference to the attached partially schematic drawings, in which:
Fig. 1 is a longitudinal vertical section of an embodiment of the cyclone hearth comprising a preliminary or preparation combustion chamber.
Fig. 2 is a cross section taken along the line II-II of FIG. 1.
Fig. 3 is a longitudinal vertical section of another embodiment of the cyclone furnace comprising a preliminary combustion chamber or preparation, and
Fig. 4 is a horizontal section along the line IV-IV of FIG. 3.
In figs. 1 and 2, the cyclone hearth comprises a double-walled cylindrical part 1, the inner surface of which is lined with refractory material 3 and which is provided with suitable devices for circulating a cooling fluid such as water in the space 2 between the walls. The front wall 14 of the combustion chamber 15 which is also lined with refractory material is provided with a central duct 4 serving for the introduction of tertiary air or used as a manhole. The rear end of the combustion chamber opens into a gas path or equivalent for the passage of gases from the combustion chamber.
The combustion chamber 15 of the cyclone hearth communicates near the front wall 14 with a preliminary or preparation combustion chamber 5 having a vertical axis perpendicular or approximately perpendicular to the axis of the cyclone hearth chamber. The preparation chamber opens freely into the cyclone hearth chamber, the front and rear walls of the preparation chamber widening slightly at the lower end of the chamber, as shown in fig.l.
The preparation chamber is formed by a sheet metal casing 7 lined internally with refractory material 7 and is provided at its upper end with a mixing head 8.
The mixing head 8 made of sheet steel forms a compartment divided by a partition 9 and opening downwards into the preparation chamber and it is provided with front and rear inlets 10 and 11 for fuel and vehicle air. . directed in opposite directions towards the partition 9.
A secondary air nozzle 12 disposed approximately tangentially to the peripheral wall of the cyclone hearth chamber is arranged to force air at high velocity across the screening of the preparation chamber. Secondary air nozzles 13 are directed in the same direction as nozzle 12.
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Preparation chamber 5 serves as a heating chamber where the carbon particles remain in suspension until they are no longer viscous and solid coke has been formed. Tests have shown that the coal particles which. have been treated in this way, can be sprayed coke against the wall of the cyclone hearth chamber without adhering thereto. In a vertical preparation chamber provided with an outlet at the base, the time during which it is necessary to retain the particles can be achieved in a relatively short preparation chamber, since a speed of the same can be employed. air which if it converts into the corresponding velocity of air in the cold state is 2 to 3 meters per second.
When the circulation in a preparation chamber is not vertically downward, a higher speed may be necessary to keep the particles in suspension. Due to its low speed, little driving force is required to maintain current in the preparation chamber.
In service, currents of vehicular air and entrained carbon particles are brought through the inlets 10 and 11 and strike the partition 9, so that they are deployed outwards and that an approximately mixture is obtained. uniformity of particles and air in the stream flowing from top to bottom in the preparation chamber, which acts at a temperature high enough to effect the transformation of the coal particles into coke.
The current which passes from the preparation chamber into the hearth chamber where the combustion ends at a temperature higher than that of the melting of the coal ash, is subjected to the discharge of secondary air by the nozzle 12, which has the effect of swirling the current around the hearth chamber, the swirl being maintained by another secondary air inlet admitted by the nozzles 13.
In figs. 3 and 4, the cyclone hearth, the axis of which is vertical, comprises a cylindrical wall 20 around an upper part of which is formed a concentric annular preparation chamber 21 provided at its lower end with an outlet communicating with the chamber 22 of the cyclone hearth and formed by a circular ring of lights 23 formed in the part of the wall 20 separating the two chambers.
In an upper region of the preparation chamber 21 open several circumferentially spaced and tangentially directed inlets 24 for the carrier air and the carbon and the ports 23, which constitute a practically free outlet, are inclined in the same direction as the inlets. 24. Below the ports 23, the cyclone hearth has a number of circumferentially spaced secondary air nozzles 25 intended to admit secondary air tangentially or roughly tangentially to the peripheral wall of the cyclone hearth chamber at a rate. high speed and in the same direction of swirl as that imparted to the vehicular air and to the fuel particles.
The bottom of the cyclone hearth chamber 22 is inclined from top to bottom towards an outlet 26 for the molten slag and the top of this chamber is inclined from bottom to top and connects to a gas outlet neck 27.
A common vaporizing tube system serves to cool the walls of the cyclone hearth chamber and the preparation chamber, the walls comprising vaporizing tubes suitably connected to the circulatory system of a steam generator, provided with tips welded thereto and lined with refractory material 28 which hermetically seals the spaces between the tubes or helps to form the openings 23. Thus the majority of the tube sections 29 which serve as wall tubes and bottom tubes for the lower part of the cyclone hearth chamber and which line the divergent walls of the slag outlet 26, extend to form sections of tubes 30 in the outer wall of the preparation chamber 21.
The remaining tube sections 29 extend between the lumens 23 and above these they branch out to form a greater number of tube sections 31 in the wall part of the wall.
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cyclone hearth chamber separating this chamber from the preparation chamber.
Above this the tube sections 31 and the tube sections 30 meet to form an appropriate number of tube sections 32 in the top of the cyclone hearth chamber and the wall of the neck 27.
In service, the vehicular air and the carbon particles admitted by the inlets 24 circulate relatively slowly around the preparation chamber 21 where combustion has started and the particles, as a result of their heating, their softening and their degassing, are turned into coke. The fluid stream coming from the ports 23 swirling in the same direction as the secondary air coming from the nozzles 25 is accelerated by the secondary air which enters the chamber 22 of the cyclone hearth at a high speed. In this chamber, the combustion ends at a high temperature and the molten slag is collected and discharged through the slag outlet 26, while the combustion gases pass through the neck 27.
If desired, the preparation chamber can be placed at a higher or lower level relative to the cyclone hearth chamber than in the arrangement shown. For example, the preparation chamber can be arranged around the gas outlet neck and its outlet openings can be provided in the sky of the cyclone hearth chamber.
In the chamber of the cyclone hearth shown in figs.
3 and 4, the preparation of the fuel is carried out by spending little motive power, the heat is maintained since the preparation chamber surrounds the chamber of the cyclone hearth, the bulk is reduced and the saving of materials is ensured. Furthermore, the arrangement allows the construction to be adapted to the circumstances, particularly with regard to the introduction of carrier air.
CLAIMS.,
1.- A process for burning coking coal in a cyclone furnace where a combined movement of swirling around the furnace chamber and axial displacement along it of air and fuel particles takes place during combustion of the furnace. fuel at temperatures above the melting point of the ash contained in the particles, characterized in that the carbon particles entrained in a vehicle air stream are heated in the state of suspension to transform the particles into coke, and the vehicular stream and the particles in the state of coke are admitted into the chamber of the cyclone hearth to burn the coke there.