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PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUX PROCEDES ET INSTALLATIONS POUR LA GENERATION
ET LE CHAUFFAGE DE LA VAPEUR.
1/invention concerne la génération et le chauffage de la vapeur.
Depuis longtemps;, on a reconnu qu'il serait très souhaitable de pouvoir construire des installations génératrices de vapeur à pression élevée et à grande capacité volumétrique;, dans lesquelles règnent les températures élevées pour la vapeur et pour le réchauffage de celle-ci, par exem- ple des installations produisant environ 4500000 kg ou davantage de vapeur par heure à une pression d'environ 125 ou 140 kg/cm2, avec des températures de vapeur constantes voisines de 600 pour le surchauffage et d'environ 565 à 600 pour le réchauffage, pour des charges qui varient entre des limites écartéeso L'invention est décrite ci-dessous en se référant à une installation de ce genreo
Une des raisons,
qui supposent à ce que ce but puisse être atteinte réside dans la difficulté d'obtenir économiquement un cycle de chauffage à rendement élevé et cela non seulement du point de vue de la construction de l'installation mais aussi en ce qui concerne les questions de rendement,de combustion et de fonctionnement.Il ne suffit pas d'obtenir un rendement appréciable pour le cycle de chauffage, avec ou sans économie pour les frais d'installation, car, en' outre;
, on doit envisager le rendement et 1?économie, dans des limites pratiques, en considérant le problème du point de vue des conditions d'exploitation, par exemple en tenant compte des dif- ficultés concernant le combustible, la température à laquelle les diverses parties de l'installation sont soumisesg etco
Le combustible de base est évidemment, le charbon et bien qu'on puisse envisager d'alimenter, initialement, une installation déterminée avec du gaz, du mazout ou des combustibles préparés, des considérations d'ordre pratique rendent nécessaire que cette installation puisse être alimentée en passant d'un genre de combustible à un autre, y compris le combustible de
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base,
rien qu'en apportant des modifications minimes aux brûleurs et à l'alimentation en air comburant et sans qu'il soit nécessaire de modifier l'équipement destiné à engendrer et à chauffer la vapeur, cax sans cela on serait amené à une véritable reconstruction de l'installation. Le charbon, par exemple, peut être de bonne qualité et fournir des cendres à point de fusion élevé pendant une certaine période, alors que dans d'autres circonstances sa qualité peut être inférieure et ses cendres peuvent avoir un point de fusion relativement bas en créant ainsi des difficultés de transfert thermique avec, comme conséquence habituelle, la scorification des surfaces de convexion, si les conditions de température ne sont pas maintenues entre des limites déterminées.
De même, quel que soit le combustible, la température maximum,à laquelle sont soumises les différentes surfaces qui assurent l'échange thermique, a une très grande importance du point de vue de l'économie et de la durée d'usage de l'installation. Même en ce qui concerne les surfaces de chauffage de la vapeur - en vue de son surchauffage ou réchauffage - il est évident que plus la qualité de l'alliage résistant à la chaleur est élevée, plus le prix de revient est important. Par ailleurs, on ne réalise aucun avantage économique dans la construction, pour la réalisation du but exposé plus haut, si l'on doit recourir à des quantités excessives de surfaces de chauffe pour le surchauffeur et le réchauffeur. Enfin, on n'obtient pas un rendement satisfaisant si le combustible n'est pas complètement brûlé.
Pour mieux étayer ce raisonnement, on peut affirmer que si l'on veut combiner une forte capacité volumétrique avec des températures élevées de vapeur et de réchauffage, en utilisant des installations classiques à surchauffeurs et réchauffeurs à convexion, les températures nécessaires à la sortie du foyer seront trop élevées pour permettre une exploitation sensiblement exempte de scorification, même en utilisant du charbon de qualité normale. De plus, il est impossible de maintenir la température de chauffage et de réchauffage de la vapeur à une valeur constante, pour une gamme étendue de charges, ce qui constitue un facteur primordial du point de vue du rendement.
Toujours pour permettre de mieux comprendre la nature des difficultés qui s'opposent à la réalisation de ces installations optima, on peut souligner le problème que pose, d'une part, la mise en marche initiale de l'installation sans que les dilatations et les contractions puissent avoir des effets nuisibles, et sans surchauffer les matériaux utilisés dans la construction et, d'autre part, la remise de l'installation en marche normale, après une mise en veilleuse, sans que ces inconvénients se manifestent. En raison de ces difficultés (aussi bien dans la turbine que dans l'installation génératrice proprement dite), il faut généralement un temps considérable pour remettre l'installation en batterie.
Il est évident que des installations à grande capacité, du genre en question, doivent avoir des dimensions très importantes. En outre, elles doivent être supportées par des constructions qui représentent, à elles $eu-- les, une partie considérable des frais d'installation totaux. Il convient en effet d'éviter des trop fortes concentrations des charges sur les fondations.
L'invention a, essentiellement, pour but de réaliser une installation qui permette d'atteindre les buts principaux indiqués plus haut, d'une manière économique tant du point de vue de la construction matérielle que de celui du rendement de l'exploitation,
Pour atteindre ce but, on a recours à une combinaison d'organes et de dispositifs qui sont décrits ci-après et dont certains, pris séparément, peuvent être déjà connus, mais qui tous contribuent à l'obtention des principaux buts de l'invention.
Plus particulièrement, on a recours, conformément à l'invention, à une installation unitaire dont certaines parties sont séparées les unes des autres mais qui, néanmoins, constituent un ensemble qui diffère des
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installations complexes déjà connues. La simple multiplication d'installa- tions relativement petites dans le but d'obtenir la capacité totale voulue en utilisant les températures désirées de vapeur et de réchauffage ne per- mettrait pas d'obtenir l'économie dans la construction ni le rendement vou- lu de la combustion ni le rendement total très élevé du cycle de chauffage, qui caractérisent l'invention.
En résumé, on brûle du combustible et on engendre de la vapeur dans des zones distinctes les unes des autres, et 19on dispose les surfaces du surchauffeur,du réchauffeur, de l'économiseur et de préchauffage de 1,'air de manière à assurer une utilisation extrêmement efficace de la cha- leur produite,tout en permettant une construction économique et en réali- sant d'autres avantages. Les résultats optimum sont obtenus lorsqu'on uti- lise, avec les dispositions indiquées ci-dessus, une circulation forcée ou commandée, des brûleurs orientables et la remise en circulation des gaz pour contrôler la température de la vapeur, ainsi qu'il ressortira plus loin.
En outre, ces buts sont réalisés conjointement à la possibilité de maintenir aisément une température constante de surchauffage et de ré- chauffage, et cela sur une gamme étendue de charges,comprise par exemple entre un maximum et environ 10% de la charge ou de la capacité nominale.
En d'autres termes, l'invention propose de réaliser une grande souplesse de fonctionnement par le contrôle des températures sur l'ensemble d'une gamme très étendue de charges, ce but étant réalisé conjointement à une économie dans la construction et à un rendement élevé de fonctionnement, sous tous leurs aspects, y compris la possibilité de nettoyer aisément les surfaces.
Les dessins ci-annexés, montrent, à titre d'exemples, quelques modes de réalisation de l'invention.
La fig. 1 montre, en élévation avec coupe suivant 1-1 fig. 4 dans la partie relative au surchauffeur, une installation établie selon l'invention, certains organes étant représentés schématiquement.
La fig. 2 montre, à plus grande échelle et en élévation avec parties en coupe suivant 2-2 fig. 3 et en coupe suivant 2a-2a fig. 3, la partie inférieure de la section de surchauffage de l'installation.
La figo 3 montre, en coupe horizontale suivant 3-3 fig. 2, le foyer de l'installation et, en plan, le dispositif d'alimentation en combustible.
La fig. 4 montre, en coupe horizontale suivant 4-4 fig. 1, l'ensemble de l'installation, les groupes surchauffeurs et réchauffeurs étant indiqués seulement schématiquement.
La fig. 5 montre, en coupe verticale suivant 5=5 fige 4, la partie supérieure de la partie réchauffeur du foyero
La fige 6 montre, en élévation partielle et à plus grande échelle, la disposition des collecteurs et des tubes dans les parois du foyer.
La fig. 7 est une coupe transversale suivant 7-7 fig. 6.
La fig. 8 montre, en plan, une variante comportant un foyer séparé avec une paroi de séparation formée par des tubes à eau entre les foyers du surchauffeur et du réchauffeur.
La fige 9 montre, en coupe verticale partielle, une disposition modifiée des brüleurs.
La fig. 10 montre un schéma général de l'installation,
Les figs. 11 à 14 montrent, schématiquement, les'raccords d'alimentation des brûleurs en combustible dans une des parties du foyer.
La fig. 15 montre, en plan schématique, certains raccords de tubes suivant un mode de réalisation préféré de l'inventiono
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La fig. 16 montre, semblablement, une variante pour les passages des gaz et des dispositifs concernant le surchauffeur.
Les figs. 17 à 19 montrent, schématiquement, le mode de réglage des brûleurs orientables.
La fig. 20 montre, en plan schématique,une autre variante pour les passages des gaz et les dispositifs de chauffage de la vapeur.
La fig. 21 montre,schématiquement, une variante pour les surfaces de réchauffage de l'air comburant.
Si l'on se réfère, d'une part, aux figs. l à 4 et, d'autre part, à la fig. 10, (plus particulièrement aux figs. 3 et 4) on voit que, d'une manière générale, le mode de réalisation préféré de l'invention comporte un foyer dont une partie SF forme le surchauffeur et une partie RF le réchauffeur. Des brûleurs de combustible Bl, B2, B3 et B4 servent à introduire le combustible dans le foyer du surchauffeur SF alors que des brûleurs B5, B6, B7 et B8 alimentent le foyer du réchauffeur RF. Des broyeurs Ml, M2, M3 et M4 servent à pulvériser le combustible. A partir de ces broyeurs.le combustible, véhiculé par de l'air primaire, est dirigé vers les brûleurs du réchauffeur. Des boites à vent W sont associées aux brûleurs pour introduire de l'air secondaire avec le combustible.
Des conduits d'air AD, AD' servent à diriger cet air secondaire vers les boites à vent W. Des conduites de recyclage des gaz, désignées par GRD et GRD', relient les passages de sortie FO, FO1 aux ouvertures d'admission des gaz GO et GO1 (figs. 1, 2 et 10) établies au voisinage des brûleurs de combustible et à travers les= quelles s'effectue l'introduction dans le foyer du gaz remis en circulation.
Les parois latérales du foyer du surchauffeur SF sont garnies de tubes à eau WT (fig. 3) et les parties inférieures de ses parois avant et arrière sont garnies de tubes à eau WT1, tandis que les parties supérieures de ces mêmes parois sont garnies de tubes surchauffeurs par rayonnement ST (fig.l) ..
Les tubes à eau WT et WT1 des parois sont reliés, par leur extrémité inférieure, à des collecteurs à eau inférieurs 15 (fig. 1). L'extrémité supérieure des tubes WT des parois latérales débouchent dans des collecteurs supérieurs 16 reliés, à leur tour, à un tambour 17 pour la va- peur et l'eau, par des tuyaux 18. L'extrémité supérieure des tubes à eau WTl, qui se trouvent à la partie inférieure des parois avant et arrière, débouche dans des collecteurs intermédiaires 19 reliés au tambour à vapeur et à eau 17 par des tubes ascendants 20.
L'eau,provenant du tambour 17, alimente les collecteurs inférieurs 15 par l'intermédiaire de tubes descendants 21, tandis que des pom- pes de circulation 22 et des tubes de raccordement 23 assurent une circulation forcée et réglée à la fois, comme dans les chaudières du type "LaMont".
Des orifices (non montrés) sont ménagés dans les tubes et/ou les collecteurs pour assurer une répartition uniforme, comme dans les chaudières "LaMont" citées plus haut. Un raccord 24 d'alimentation d'eau est prévu dans le tambour 17 pour alimenter celui-ci, à partir d'un dispositif de pompage d'eau d'alimentation (non montré), par l'intermédiaire de l'économiseur E.
Les tubes surchauffeurs SF placés dans la partie supérieure des parois avant et arrière du foyer constituent des éléments rayonnants du surchauffeur pour la vapeur saturée provenant du tambour 17. Un tube sur deux, dans le faisceau 25 et 25' de la partie rayonnante de la paroi avant (figs. 1 et 2), est relié au tambour 17 à vapeur et à eau, comme on le voit en 26 (fig. 1), de telle sorte que la vapeur saturée s'écoule en descendant à partir du tambour, à travers ces tubes, pour atteindre un collecteur inférieur 27. A partir de ce collecteur, la circulation s'effectue de bas en haut à travers les tubes restants 28 de la partie rayonnante. La partie supérieure des tubes 28 traverse le toit du foyer, ainsi qu'on le voit en 29 (fig. 1) et aboutit dans un collecteur supérieur 30.
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Un tube 31 sur deux, dans les parties de la paroi arrière qui as- surent le surchauffage rayonnant est relié en 32 au tambour à vapeur et à eau 17 (figso 1 et 2) afin que la vapeur saturée circule à travers des tubes pour aboutir à un collecteur inférieur 33.Ces tubes 31, au cours de leur trajet entre le tambour 17 et le collecteur 33,passent d'abord le long du toit du foyer;
, puis le long du toit de l'étranglement de sortie 34, pour descendre ensuite de manière à former un écran 35, avant de longer le fond de l'étranglement 34, passer sous le nez 36 du foyer et descendre jusqu'au collecteur 33. En partant de ce collecteur, un tube 37 sur deux se dirige vers le haut le long de la paroi arrière du foyer, puis sous le nez 36, pour remonter de manière à former un écran 371 constitué par des tubes équidistants et placés er travers de 1'entrée de l'étranglement de sortie 34, pour abou- tir finalement dans le collecteur 30 déjà citéo
On voit, par conséquent, que les tubes rayonnants du surchauffeur, dans les parois avant et arrière du foyer SF, sont branchés en parallèle avec le tambour 17 et se déchargent dans le collecteur 30.
On voit sur les Figs. 6 et 7 que les tubes à eau WT1 de la paroi arrière sont scindés en forme de fourchette à trois branches à leurs extré- mité supérieure afin qu'ils puissent être reliés au collecteur extérieur 19, et que les tubes surchauffeurs 31 à écoulement descendant de la paroi arrière, ainsi qu'un sur deux des tubes surchauffeurs 37 à écoulement ascendant, sont coudés de manière à passer entre les branches des tubes à eau scindés en fourchette, pour aboutir dans le collecteur 33.D'après la fig. 6, on peut constater que cette disposition imbriquée se traduit par la présence dans cette zone, d'une paroi métallique à peu près pleine, laquelle protège l'agencement du foyero La même disposition est adoptée pour la paroi avant.
Le tambour à vapeur et à eau 17 est suspendu à des poutres transversales 38, à la partie supérieure de l'installation, par des tirants montrés schématiquement sur la figo 1.
Les tubes à eau des parois avant et arrière sont supportés par les poutres transversales 38 au sommet de l'installation par des suspenseurs associés aux tubes ascendants 20 (figo 1)o Les tubes à eau des parois latérales sont suspendus aux poutres par 1?intermédiaire de suspenseurs associés aux collecteurs 16. Les parties rayonnantes du surchauffeur sont également suspendues à des suspenseurs attachés aux poutres transversales supérieures.
Par conséquent, la dilatation et la contraction des parois à eau et celles des sections des surchauffeurs à rayonnement sont indépendantes.
La partie RF du foyer du réchauffeur est constituée, d'une manière générale, comme celle SF du foyer du surchauffeur et elle comprend également des tubes à eau WT qui garnissent les parois latérales et dont les extrémités inférieures aboutissent dans des collecteurs à eau 15, tandis que les extrémités supérieures de ces tubes aboutissent au tambour à vapeur et à eau 17. Cette partie RF du réchauffeur comporte, en outre, des tubes à eau WT1 qui garnissent les parties inférieures de ses parois avant et arrière et dont les extrémités inférieures débouchent dans des collecteurs à eau 15 et les extrémités supérieures dans des collecteurs 19 reliés, par des tubes ascendants 20, au tambour à vapeur et à eau 17.
Les collecteurs 15 sont alimentés par les tubes descendants 21, les pompes 22' et les raccords 23, comme expliqué plus haut. Par conséquent, les tubes à eau, qui engendrent la vapeur et garnissent les parois des foyers SF et RF, sont disposés en parallèle en ce qui concerne leur alimentation et leur débito
Les parties supérieures des parois avant et arrière de la partie RF du foyer du réchauffeur sont garnies de tubes rayonnants RT (fig.
5) qui constituent les éléments réchauffeurs proprement ditso Les tubes 39 et 40 de ces éléments débouchent, par leur extrémité inférieure, dans des collecteurs 41 et 42 vers lesquels la vapeur à réchauffer est dirigée, pour être utilisée à nouveau, à partir de 13 extrémité du premier étage de la turbine (non montrée), par l'intermédiaire du tuyau 430
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L'extrémité supérieure des tubes 39 de la partie rayonnante de la paroi antérieure traverse le toit du foyer (fig. 5) et est ensuite reliée aux tubes d'un compartiment CS de réchauffage par convexion à haute températurepour aboutir finalement dans le collecteur supérieur 44 du compartiment à convexion CS.
Certains des tubes 40 du faisceau rayonnant de la paroi arrière s'élèvent le long de cette paroi, passent ensuite sous le nez 45, puis un certain nombre d'entre eux longent le fond de l'étranglement de sortie 46 pour remonter ensuite à travers l'ouverture de sortie de cet étranglement pour y constituer un écran de tubes équidistants 47. Ensuite, ces tubes longent le toit de l'étranglement de sortie 46 et sont réunis aux, tubes du compartiment de réchauffage par convexion CS avant d'aboutir dans le collecteur 44.
Les autres tubes 40 du groupe de chauffage par rayonnement s'élèvent à partir du nez 45 et traversent l'avant de l'étranglement 46 pour former un écran 48 de tubes espacés avant d'aboutir dans un collecteur supérieur 49
La vapeur réchauffée est dirigée, à partir du collecteur 44, à l'aide de tuyaux 51, vers un collecteur de sortie 50 convenablement situé.
En quittant le collecteur 50, la vapeur réchauffée est dirigée vers le deuxième étage de la turbine (non montré).
La partie, formant le surchauffeur, comporte (figs. 1 et 15) une partie HS de surchauffage final à haute température ainsi qu'une partie HS1 de surchauffage intermédiaire qui sont logées dans l'étranglement de sortie 34. Une partie LS de surchauffage primaire à basse température est logée dans la sortie FO du foyer, Un économiseur E est placé dans ce passage à la suite de la partie LS du surchauffeur.
La partie HS1 de surchauffage intermédiaire constitue la moitié de cet étage de surchauffage à haute température de l'installation, tandis que l'autre moitié HS2 de cet étage est placée dans l'étranglement 46 du foyer de réchauffage RF.
La partie LS de surchauffage primaire à basse température constitue la moitié de l'étage de surchauffage primaire de l'installation, tandis que l'autre moitié LS' est placée dans le passage de dérivation FO' du foyer de réchauffage RF.
L'économiseur E constitue la moitié de la surface du système économiseur de l'installation et l'autre moitié de cette surface, désignée en E', est située dans le passage de dérivation FO' du foyer de réchauffage RF.
Le collecteur supérieur 30 des parties ST qui assurent le surchauffage par rayonnement est relié par des tuyaux d'évacuation 52 au collecteur supérieur 53 des éléments 54 de surchauffage primaire à basse température, tandis que le collecteur 53 est relié à son tour, par des tubes descendants 55, aux collecteurs inférieurs 54. L'extrémité inférieure des tubes de la partie LS du surchauffage aboutissent à l'intérieur des collecteurs 54, tandis que leur extrémité supérieure se termine dans les tubes de la partie HS1 de surchauffage à haute température. Cette partie HS1 est reliée à la sortie de la partie HS de surchauffage à haute température par des collecteurs 54a et 54b et des tubes de connexion 54c.
Des tuyaux 56 relient le collecteur supérieur 57 de la partie HS du surchauffeur à un collecteur 58 de sortie du surchauffeur, d'où la vapeur surchauffée est dirigée vers le premier étage de la turbine à l'aide de tuyauteries 58'.
Si l'on se réfère maintenant aux figs. 5 et 15, on voit que la vapeur alimente les tubes de la partie LS' du surchauffeur à partir du collecteur supérieur 53 par l'intermédiaire de tubes 61 et de collecteurs inférieurs 62, le collecteur 53 étant alimenté en vapeur par le collecteur 30 par l'intermédiaire des tuyaux 52. Les extrémités supérieures des tubes de cette partie du surchauffeur sont reliées aux tubes de la partie HS2 de surchauffage à haute température, lesquels sont reliés, à leur tour, au collecteur 54b qu'ils alimentent à travers le circuit passant par le collecteur
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54a et les tubes 54c. Ainsi qu'il ressort des figso 1 et 15, le collecteur
54b alimente en vapeur les tubes du surchauffeur à haute température HS du foyer surchauffeur SF.
On peut constater,par conséquentque les éléments surchauffeurs dits de "surchauffage final" se répartissent en trois groupes :HS, HS' et @
HS2, le premier HS étant placé dans l'étranglement du foyer surchauffeur SF et suivi en série - tout au moins en ce qui concerne l'écoulement gazeux - par le groupe HS' également placé dans l'étranglement du foyer surchauffeur
SFo Quant au troisième groupe HS2, il est placé dans l'étranglement du foyer réchauffeur RF et fait suite, du moins en ce qui concerne l'écoulement des gaz, à la partie CS de l'installation qui assure le réchauffage par conve- xiono On peut également constater que les éléments du surchauffage primaire sont disposés en deux groupes, LS et LS', dont le premier est situé dans l'étranglement du foyer surchauffeur et fait suite, en série, au groupe HS',
dans le sens de l'écoulement gazeux, tandis que le groupe LS' est situé dans l'étranglement du foyer de réchauffage et fait suite, en série, au groupe
HS2, du moins en ce qui concerne l'écoulement des gaz. On peut aussi consta- ter que les éléments du système économiseur sont répartis en deux groupes
E et E, dont l'un est situé dans l'étranglement du foyer de surchauffage et l'autre dans l'étranglement du foyer de réchauffage, faisant suite, en série, aux groupes primaires LS et LS', du moins en ce qui concerne l'écou- lement des gaz.
Si l'on se reporte maintenant au schéma général de la fig. 10, on constate que la disposition des surfaces d'absorption de chaleur et du passage des gaz s'établit comme suit. Les gaz quittant le foyer de surchauf- fage SF passent d'abord sur les surfaces des surchauffeurs HS et HSl à hau- te température, puis sur celles du surchauffeur primaire LS à basse tempé- rature, et finalement sur celles de l'économiseur Eo
Les gaz quittant le foyer de réchauffage RF passent d'abord sur le groupe de réchauffage CS, puis sur le groupe surchauffeur à haute tem- pérature HS2, puis sur le groupe à basse température LSl et finalement sur l'autre groupe économiseur E'.
Ainsi qu'il est précisé plus haut, le groupe surchauffeur HS' à haute température du foyer de surchauffage, ainsi que le groupe surchauf- feur HS2 à haute température du foyer de réchauffage, constituent chacun une moitié de cet étage surchauffeur de l'installation; par ailleurs, le groupe surchauffeur LS à basse température du foyer de surchauffage ainsi que le groupe surchauffeur LS2 à basse température du foyer de réchauffage constituent chacun la moitié de l'étage primaire de surchauffage de l'instal- lation, tandis que les économiseurs E et E' des deux foyers représentent cha- cun la moitié de la surface totale de l'ensemble du système économiseur.
Les deux groupes économiseurs sont reliés en parallèle à la pompe qui assure l'alimentation en eau (non montrée),et tous deux se déchargent dans le tam- bour à vapeur et à eau 170
En un point faisant suite aux groupes économiseurs E et E', une conduite 64 d'équilibrage des pressions relie les passages à gaz FO et FO1 pour permettre l'écoulement croisé des gaz et, par conséquent, l'équilibrage des pressions., Les sections libres des deux passages à gaz FO et FO1, ainsi que les éléments de chauffage situés dans ces passages, sont établis dans des dimensions et proportions telles que, normalement, les gaz quittant les foyers, aient approximativement les mêmes poids et températures, ce qui se traduit par des pertes de tirage sensiblement égales.
Au-delà de la conduite transversale 64, les gaz provenant des passages à gaz FO et FO1 circulent à travers des réchauffeurs d'air 65, 651 et sont ensuite épurés à l'aide de dispositifs à précipitation 66, 66 pour être ensuite dirigés par des ventilateurs à tirage induit 67, 671 vers la cheminée 68. Ces appareils de chauffage de l'air et d'épuration par préci- pitation peuvent être de tout type approprié et bien connu; l'appareil u- tilisé pour le chauffage de l'air peut être par exemple du type Ljungstrom, représenté schématiquement sur les dessins.
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Entre les groupes économiseurs E et E',d'une part, et la conduite transversale 64, on a prévu des registres régulateurs 69, 691 pour compenser ou corriger les changements pouvant éventuellement intervenir dans les conditions de fonctionnement et qui pourraient influer sur les pertes relatives de température et de tirage, par exemple du fait de différences de propreté superficielle entre les organes en présence, ou pour toute au- tre cause. Des registres de fermeture des gaz, désignés en 70-70 et 70'-70', sont également prévus des deux côtés des dispositifs de chauffage de l'air, ce qui permet de couper l'un ou l'autre passage des gaz lorsqu'on désire faire fonctionner l'installation avec un seul appareil de chauffage.
Des registres de commande 71-71' sont également prévus pour les ventilateurs 67, 671 à tirage induit, afin d'égaliser les différences éventuelles qui pourraient se produire dans les conditions de fonctionnement des appareils de chauffage de l'air.
Des conduites en dérivation 641 et 642 partant de la conduite transversale 64 assurent la liaison avec les conduites GRD et GRD' qui assurent la remise en circulation des gaz. Des ventilateurs sont prévus en 643 et 644 pour assurer cette remise en circulation. Des registres de com- mande 645 et 646 sont.prévus pour les ventilateurs, afin de permettre de compenser les inégalités éventuelles pouvant se produire et de diriger éventuellement les gaz remis en circulation soit vers l'un, soit vers l'autre foyer.
Si l'on examine maintenant l'alimentation d'air de l'installation, on voit que l'air provenant de ventilateurs 72, 72' à tirage forcé est dirigé par des conduites 73, 73' vers les appareils.de chauffage d'air 65,65', puis des conduites 74,74' le dirigent vers des conduites accou- plées AD, AD et AD1, AD1 qui alimentent les boites à vent W des brûleurs, ce qui assure l'introduction d'air secondaire chaud dans les foyers en même temps que le combustible.
Des conduites d'air transversales 75 et 76 relient les passages 73, 73' et 74, 74' pour équilibrer l'écoulement et les pressions entre ces passages. Des registres de fermeture et de régulation 77, 77' et 78, 78' pour l'air sont prévus (fige. 1 et 10) ce qui permet de doser convenablement l'air distribué à chaque foyer, selon les besoins. Au cas où l'on désirerait faire fonctionner l'installation sur un seul réchauffeur d'air, on peut couper l'un ou l'autre de ces réchauffeurs en fermant ses registres de commande correspondants. Des registres de commande 79 et 80 sont également prévus pour les ventilateurs à tirage forcé 72, 72; afin de permettre la compensation de toutes les inégalités éventuelles dans le fonctionnement.
L'air chauffé est dirigé, à partir du passage transversal 76, vers les passages 81 d'admission d'air des broyeurs de pulvérisation du combustible; ces broyeurs sont désignés en Ml, M2, M3 et M4 et servent à l'alimentation du foyer de surchauffage SF, à l'aide d'une conduite 82; le passage 76 alimente également quatre conduites d'admission d'air 83 des broyeurs M5, M6, M7 et M8 qui alimentent à leur tour le foyer de réchauffage RF, grâce à une conduite 84. Des registres destinés à égaliser ou à fermer les débits respectifs sont agencés dans les passages 82 et 84.
Le combustible véhiculé par l'air primaire est dirigé entre les broyeurs et les brûleurs par des conduites 85 (fig. 3) et des extracteurs 86, ceux-ci étant prévus à raison d'un par broyeur ; broyeur alimente les brûleurs de la façon qui sera décrite ci-après.
Si l'on considère les figs. 2, 3 et 11 à 14, on voit que le broyeur Ml alimente une buse à combustible du brùleur d'angle Bl par l'intermédiaire d'un tuyau 87, que le broyeur M2 alimente une autre buse à combustible du brûleur Bl par un tuyau 88, que le broyeur M3 alimente une autre buse à combustible du brûleur Bl par 1 intermédiaire d'un tuyau 89, et enfin que le broyeur M4 alimente la buse à combustible restante du brûleur Bl par un tuyau 90, ainsi que le montre schématiquement la fig. Il.
De même, les quatre buses du brûleur B2 sont alimentées par les quatre mêmes broyeurs par
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1?intermédiaire de tuyaux 91, 92, 93 et 94 (fig. 12),les quatre buses du brûleur B3 par les tuyaux 95, 96, 97 et 98 (fig. 13), et enfin les quatre buses du brûleur B4 par des tuyaux 99, 100, 101, et 102 (fig. 14).
Les connexions précitées ont été décrites comme étant celles des brûleurs du foyer de surchauffage,mais il est bien évident que les conne- xions qui alimentent les brûleurs du foyer de réchauffage sont les mêmes, ainsi que le montre la figo 30
De préférence,les brûleurs sont du type orientable tangentiel, par exemple du genre décrit dans le brevet américain n .2.575.885 accordé le 23 Novembre 19510
Les fige. 17, 18 et 19 montrent, schématiquement, l'effet pro- duit sur la flamme par les différents réglages en orientation des buses des brûleurs. En modifiant la position angulaire des brûleurs, dans le plan ver- tical, on fait varier la mesure dans laquelle les gaz sont refroidis par les parois à eau. De même, la remise en circulation des gaz modifie la quantité de chaleur absorbée par ces parois.
Normalement, chaque foyer est alimenté par trois de ses quatre broyeurs à combustible, le quatrième broyeur étant un broyeur de réserve.
La quantité de combustible fournie à chaque foyer est sensiblement la même, et l'on peut utiliser dans ce but tout dispositif classique ou connu (non montré) de commande du débit, par exemple un dispositif sensible à la pres- sion de vapeur, dont l'actionnement agit sur l'alimentation en combustible de manière à maintenir la pression de vapeur pendant toute la gamme des o- pérations.
On voit plus particulièrement sur les figs. 1, 3 et 4 que les éléments qui constituent les foyers sont suspendus à des poutres 38 comme déjà indiqué plus haut. En subdivisant le foyer, il est possible de supporter les poutres non seulement par des rangées espacées de colonnes 103 et 104, placées .sur les côtés extérieurs du foyer, mais aussi par une rangée intermédiaire de colonnes 105. Ainsi, la portée des poutres 38 peut être écourtée de la moitié environ, en ce qui concerne le support, ce qui signifie que les dimensions des poutres peuvent être notablement réduites, la hauteur de leur membrure étant diminuée depuis 5,20 m, adoptée pour leur âme ou membrure dans des conditions usuelles, à environ 1,80 m, ce qui représente une diminution énorme des frais d'installation.
Les fortes concentrations de charge sont aussi évitées,ce qui contribue également à réduire le prix de la constructiono Par ailleurs, on peut sensiblement réduire les dimensions des tirants nécessaires pour suspendre le foyer proprement dit et pour former le passage d'évacuation, ce qui conduit également à une réduction des prix d'établissement.
Ces tirants sont montrés schématiquement en divers points sur les dessins, et il est bien entendu qu'il convient d'en prévoir d'autres à des endroits différentso L'installation montrée permet également d'utiliser des surchauffeurs et réchauffeurs à chaleur rayonnante et d'établir des parois à tubes d'eau le long des parois latérales adjacentes des foyers avec des collecteurs extérieurs du genre décrit plus haut pour les parois avant et arrière, les collecteurs et les tubes étant toujours facilement accessibles. On peut également utiliser des dispositifs de soufflage de suies, indiqués schématiquement en S, (figso 1 et 2) dans les parois précitées, ces dispositifs étant aisément accessibles de l'intérieur du foyer.
En scindant le foyer de la manière représentée, on rend également possible une simplification considérable de l'installation, en assu- rant la symétrie et l'accessibilité des organes, tels que tuyauteries et conduites, et l'aménagement des broyeurs. Le volume total occupé est inférieur, et la surface d'évaporation supérieure, au volume et à la surface qui seraient nécessaires dans une installation à foyer unique ayant les mêmes capacité et pression.
La simplification est également due au fait que les deux parties essentielles du foyer peuvent sensiblement constituer des contreparties,
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c'est-à-dire se faire pendant l'une à l'autre, pour toutes les applications pratiques envisagées. Cela contribue également à l'économie réalisée grâce à cet ensemble,. La seule différence marquante que l'on constate entre ces parties réside dans les éléments qui font suite aux foyers, où l'on a une faible différence entre les surfaces de chauffe totales, résultant de la différence entre les caractéristiques propres au surchauffage et au réchauffage.
Ces différences sont relativement minimes, de sorte qu'il est aisé de les compenser en agissant sur les dispositifs à registres de telle sorte que, dans l'ensemble de l'exploitation de l'installation, pour tout régime déterminé, le poids de gaz traversant les deux parties soit sensiblement le même, et qu'il ne s'y produira aucun mélange entre gaz ayant des températures sensiblement différentes. Les passages et les diverses surfaces de transfert thermique sont construits de telle sorte et dans des proportions telles, qu'ils offrent une résistance sensiblement uniforme à l'écoulement des gaz, ce qui est avantageux non seulement en raison de ce qui précède mais aussi du point de vue du maintien d'un rapport air-combustible correct dans toute la gamme des conditions de fonctionnement ou des régimes.
(Les dispositifs de mesure qui font partie du mécanisme de commande normalement utilisé dans ce genre d'installation fonctionnent avec le maximum d'efficacité dans ces conditions).
En associant cette division du foyer à la circulation forcée commandée, on peut pousser davantage la simplification et l'économie qui en résultent, du fait que l'on peut utiliser des tubes générateurs de vapeur de plus petit diamètre et réduire proportionnellement le volume total d'eau. utiliséea Ainsi, parmi les avantages qui résultent de cette simplification, on peut citer la plus faible quantité de métal mise en oeuvre et la moindre quantité d'eau à chauffer, ce qui signifie que l'installation peut être mise en marche beaucoup plus rapidement que ne le permettrait une installation ne possédant pas ces caractéristiques. Dans cet ordre d'idées, on peut également souligner qu'il n'est pas nécessaire de procéder à l'allumage de deux parties du foyer, au départ.
On peut allumer d'abord le foyer de surchauffage, ce qui protège le foyer de réchauffage, et une fois cette opération terminée, on porte concurremment le foyer de réchauffage à la température de marche dès que s'établit la circulation de vapeur vers le réchauffeur, et ensuite on allume le foyer de réchauffage.
La simplicité et l'économie de construction résultent également de l'utilisation de brûleurs orientables et d'une remise en circulation des gaz de carneau. L'allumage tangentiel est un facteur d'économie car il assure un trajet relativement long aux flammes dans des zones de faible volume du foyer, avec une surface totale d'évaporation inférieure. Grâce à l'agencement combiné d'une commande pour la température de surchauffage et pour la température de réchauffage, il devient possible de maintenir constamment la température de surchauffage et la température de réchauffage à une valeur constante comprise entre le régime maximum et un minimum aussi faible que 10% du régime nominal, ce résultat étant acquis avec une plus petite surface d'évaporation que celle qui serait nécessaire dans d'autres conditions.
De plus, grâce à cette utilisation combinée de brùleurs orientables et de la remise en circulation des gaz, que l'on peut faire jouer soit indépendamment, soit conjointement, on parvient à donner une très grande souplesse de fonctionnement à 1*'installation. Avec une quantité déterminée de surfaces d'évaporation, pour une capacité maximum déterminée et des valeurs déterminées de pression et de température, l'usage de brüleurs orientables seuls est insuffisant, sauf pour une gamme relativement réduite de conditions d'utilisation,par exemple jusqu'à 30% du régime nominal. Cela est également valable en ce qui concerne la remise en circulation des gaz.
Ainsi, pour les régimes situés entre 30% et 10% de la valeur nominale, on peut utiliser les deux caractéristiques précitées (orientabilité des brûleurs et possibilité de re-circulation des gaz). De même, pour certaines conditions particulières d'utilisation, il se peut qu'une seule de ces caractéristiques soit à préférer pour les avantages qu'elle procure. Grâce à ces deux caractéristiques et à la possibilité de pouvoir les utiliser séparément
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ou conjointement, on peut satisfaire à une gamme très étendue de condi- tions d'exploitation.
A titre d'exemple, si l'on poursuit la re-circulation des gaz au-dessous de 10% du régime nominal, on constatera une certaine bais- se dans la température de la vapeur, et cependant il sera possible d'emmaga- siner davantage de chaleur dans la turbine au moment de la couverture des feuxce qui permet de remettre l'installation en batterie au bout d'un temps relativement très court - en auelques minutesau lieu de plusieurs heures - sans aucun dommage. En outreattendu que l'orientation des brûleurs de cha- que foyer est indépendante de l'orientation des brûleurs de l'autre foyer et qu'il en est de même en ce qui concerne l'introduction des produits ga- zeux de la combustion, il est possible d'effectuer des réglages sélectifs en vue de faire face à toutes les conditions possibles d'exploitation.
Par exemple, on peut faire pivoter les brûleurs dans un seul foyer et faire re- circuler les gaz dans un seul foyer, ou bien faire pivoter les brûleurs et re-circuler les gaz dans un seul foyer, ou encore,on peut faire pivoter les brûleurs dans un foyer et re-circuler les gaz dans l'autre foyer, à moins que l'on fasse pivoter les brûleurs et re-circuler les gaz dans les deux foyerset ainsi de suite.
En ce qui concerne le rendement du cycle thermique, on constatera aisément qu'en faisant en sorte que les deux foyers soient le pendant l'un de l'autre ou à peu près, et grâce aussi à la disposition des éléments HS, CS, HS1, HS2, LS et LS' et E, E' dans leurs positions respectives, on obtient un cycle thermique extraordinairement efficace en utilisant une surface to- tale de chauffe approximativement égale et sensiblement uniforme ce qui a pour conséquence de diriger vers les appareils de chauffage de 1 air des poids sensiblement égaux de gaz à des températures sensiblement égales, dans des conditions normales de fonctionnement de l'installation. On voit par conséquent qu'il faut une quantité beaucoup moindre de la surface la plus coûteuse, c'est-à-dire celle que assure le surchauffage et le réchauffage.
Un seul tambour à vapeur et à eau suffit.
La tuyauterie est très simplifiée par rapport aux installations multiples et individuelles.
Les connexions avec les broyeurs sont beaucoup plus symétriques qu'elles ne le seraient autrement et la commande de ces broyeurs se trouve très simplifiée.
Le combustible est brûlé efficacement dans les deux foyers, l'en- semble de l'installation est économique et simple si on le compare avec d'au- tres installations actuellement en usage pour la génération de vapeur et dont les caractéristiques quantitatives et de pression, ainsi que les tempé- ratures de surchauffage et de réchauffage, sont comparables.
Par ailleurs, l'installation suivant l'invention est conçue de façon que les gaz quittent les foyers à des températures telles que l'on peut utiliser des alliages ordinaires pour constituer les surfaces de chauf- fage de la vapeur, tout en supprimant la scorification des tubes de conve- xion. Les écrans sont particulièrement utiles sous cet aspect.Les tempéra- tures-types indiquées sur les dessins, les proportions des surfaces mises en oeuvre, dans l'installation représentée, sont calculées en vue de par- venir approximativement à ces températures en marche au régime nominal.
En scindant les foyers et en séparant les courants gazeux avant leur mélange final dans le carneau, on rend possible l'utilisation efficace de l'appareillage de commande. Cet appareillage de commande n'est pas re- présenté sur les dessins, attendu qu'il ne fait pas partie de l'invention.
La disposition suivant l'invention a également pour résultat de réduire le nombre de collecteurs nécessaires et simplifie la tuyauterie.
En disposant les broyeurs sur un côté, comme le montre par exem- ple la fig. 3,on rend possible la simplification des coffres ou soutes à combustible, d'une part, et du système transporteur utilisé, d'autre part.
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Dans la variante qui fait l'objet de la fig. 9, on obtient la presque totalité des avantages énoncés ci-dessus, sauf en ce qui concerne la réduction des dimensions de la structure aérienne de support. Dans cette variante, le foyer est séparé par l'agencement d'une paroi à eau composée de tubes à eau 106 reliés de manière à être alimentés par le tambour et à fournir de la vapeur à celui-ci. De même, dans cette réalisation, les brüleurs ne peuvent être disposés aussi simplement que dans le mode préféré de réalisation qui a été décrit plus haut.
Sur la fige 9, on voit une disposition différente des brûleurs, dans laquelle les tuyères des brûleurs sont disposées en deux groupes 107' et 108, à commande séparée, espacés verticalement entre eux et dans lesquels l'admission 109 pour les gaz remis en circulation est située dans l'espace qui sépare les deux groupes de tuyères.
Sur la fig. 16, on voit une variante des passages des gaz pour laquelle les parties étranglées des deux foyers distincts ne forment qu'un seul étranglement 34a qui fait suite au surchauffeur à convexioh HS et au réchauffeur à convexion CS communs aux deux foyers ; cetétranglement est relié à des conduites de manière à aboutir dans un seul passage d'évacuation F02 commun aux deux foyers. Dans ce cas, le surchauffeur à haute température HS3 placé dans l'étranglement 34a se présente comme un ensemble unitaire qui s'étend sur toute la largeur de l'étranglement, tandis que le surchauffeur primaire IS2 à basse température occupe toute la largeur du passage d'évacuation F02. Un économiseur, également situé sur toute la largeur, est placé au-dessous du surchauffeur IS2.
Dans ce mode de réalisation l'application du mécanisme de commande est plus compliquée.
La vapeur provenant du collecteur 30 qui n'occupe qu'une seule largeur dans le foyer surchauffeur SF passe dans le' collecteur 53 de largeur double en traversant des tuyaux 52 et aboutit ensuite, par les condui- tes 55a, dans le surchauffeur LS2 à basse température; puis la vapeur parvient dans le surchauffeur HS3 à haute température, traverse le collecteur 54a à double largeur, le collecteur 54b à simple largeur en passant' par les tuyaux 54c et le surchauffeur de finissage HS à haute tempéature du foyer surchauffeur SF; ensuite, la vapeur atteint le collecteur 57 et, finalement,le collecteur de sortie 58 d'où elle est dirigée vers le premier étage de la turbine par les tuyaux 58'.
La partie CS de chauffage par convexion du foyer de réchauffage RF est branchée de la même fagon que celle décrite plus haut en se référant à la fig. 5.
Pour simplifier la description, on désigne les différentes parties HS, HS1 et HS2 par l'expression collective de surfaces de surchauffage de "finissage".Elles ne le sont cependant qu'en ce qui concerne les surfaces de surchauffage primaire LS et LSl. Alors que HS1 et HS2 sont des surfaces de surchauffage à haute température, contrairement aux surfaces primaires, elles opèrent de toute évidence à des températures inférieures à celles auxquelles opèrent les surfaces HS,HS1 et HS2 constituent en réalité des surfaces intermédiaires ou de finissage au premier degré, tandis que H2 représente les surfaces de finissage final.
Dans la construction décrite jusqu'ici, on prévoit dans les deux foyers et en amont des étranglements de ceux-ci des surfaces de chauffage par rayonnement. Dans certaines conditions, comme par exemple lorsque le charbon est d'excellente qualité et possède une teneur en cendres à point de fusion très élevé, il peut être inutile de prévoir cette surface de chauffage par rayonnement. Dans ce cas, dans le foyer de surchauffage la vapeur provenant du tambour 17 est dirigée directement vers les collecteurs 54 des éléments de surchauffage primaire et la vapeur provenant de la turbine et qui doit être réchauffée est conduite directement vers les éléments de réchauffage CS. Cette disposition est représentée schématiquement sur la fig.
20. Dans l'ensemble, cet agencement est identique à celui de la fig. 16, sauf que les éléments SH et RH ont des dimensions telles que l'on peut supprimer l'élément HS3 de la fig. 16. Dans ce cas, le surchauffeur primaire
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LS2 est suivi par des surfaces d'économiseur, et ainsi de suite, comme aupa- ravanto De préférence, la surface de l'élément de surchauffage SH est d'en- viron 10% supérieure à celle que présente l'élément réchauffeur RH.
Dans la variante,représentée schématiquement fige 21, une partie des surfaces AH de préchauffage de l'air est placée en amont de l'économi- seur E', tandis que cet économiseur est suivi d'un élément dont les surfaces assurent le préchauffage de l'air et qui est désigné en AH', L'avantage de cette disposition est qu'elle permet d'augmenter la température de préchauf- fage de l'air tout en utilisant une surface sensiblement moindre.
Bien que dans le mode préféré de réalisation de l'invention, tel qu'il a été décrit ci-dessus l'installation soit divisée en deux parties, il est entendu qu'elle peut etre divisée en un nombre supérieur de parties sans sortir du cadre de l'invention.,
De même, il est évident que, dans certains cas, les dispositifs économiseurs E et E' peuvent être remplacés par des surfaces d'évaporation de la chaudière,en tant que dispositifs équivalents.
Bien que, pour des conditions d'exploitation généralement norma- les, il soit préférable de faire circuler des poids égaux de gaz à travers les parties séparées, il peut être parfois avantageux que ces poids soient inégaux. A titre d'exemple, alors que la température de la vapeur à l'entrée du surchauffeur est, en général,toujours la même, et que cette température, dans une courbe température/charge, est représentée par une ligne droite parallèle à la base, la courbe de réchauffage de la vapeur est constituée par une ligne qui s'élève quelque peu entre les points de faible charge et de forte charge dans une telle courbe.
Par conséquent, il peut y avoir cer- taines conditions, en particulier lorsque la charge est très faible, où il est favorable que les gaz aient des poids inégaux d'une partie à l'autre de l'installation divisée suivant l'invention. Cela peut être éventuellement réalisé, soit en restituant au cycle une quantité appropriée de produits ga- zeux de la combustion à travers le foyer de réchauffage, soit en modifiant les quantités respectives de combustible à l'alimentation des foyers.
Bien que les dessins montrent la prise des gaz à restituer au cy- cle circulatoire comme étant placée en un point situé en aval des éléments économiseurs, on peut avantageusement prélever le gaz à re-circuler en un point situé entre 1'économiseur et les éléments surchauffeurs primaires. Cela diminue l'énergie nécessaire pour assurer aussi bien la circulation naturelle que la marche des ventilateurs à tirage induite De plus, cette disposition . réduit, d'une partla quantité de gaz admise à circuler à travers les élé- ments économiseur et, d'autre part, la température de sortie des gaz.
Si l'on se reporte à la fige 5, on voit que l'on peut éventuelle- ment supprimer le collecteur 49 et que les tubes 48 peuvent être associés aux tubes de l'élément CS pour aboutir finalement au collecteur 44. De même, le collecteur 57 peut être supprimé (figo 1) en faisant aboutir directement les tubes de l'élément HS dans le collecteur 58.
Il est bien entendu que si l'on n'utilise ni le surchauffeur à rayonnement, ni les surfaces de réchauffage par rayonnement, il convient de les remplacer par des surfaces d'évaporation. Le surchauffeur à rayonnement et les surfaces de réchauffage sont avantageux pour pallier aux conditions créées par les températures élevées et l'usage de combustibles de qualité inférieure, lorsqu'il est souhaitable d'avoir des températures de sortie de foyer relativement basses. Grâce à l'usage de ces surfaces de chauffage par rayonnement, convenablement réparties et calculées, on peut réaliser de plus fortes températures de vapeur et de réchauffage, et le coût est sensiblement inférieur du fait de la. diminution de la quantité de surfaces de surchauffa- ge et de réchauffage nécessaires, par rapport à la quantité qu'il faudrait autrement.
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IMPROVEMENTS TO PROCESSES AND INSTALLATIONS FOR THE GENERATION
AND STEAM HEATING.
1 / invention relates to the generation and heating of steam.
For a long time, it has been recognized that it would be very desirable to be able to construct high pressure steam generating plants with a large volumetric capacity ;, in which high temperatures prevail for the steam and for heating it, for example example of installations producing about 4,500,000 kg or more of steam per hour at a pressure of about 125 or 140 kg / cm2, with constant steam temperatures of around 600 for superheating and around 565 to 600 for reheating , for loads which vary between wide limits o The invention is described below with reference to an installation of this kind o
One of the reasons,
which suppose that this goal can be reached lies in the difficulty of obtaining economically a heating cycle with high efficiency and this not only from the point of view of the construction of the installation but also with regard to the questions of efficiency , combustion and operation. It is not enough to obtain an appreciable efficiency for the heating cycle, with or without savings in installation costs, because, in addition;
, efficiency and economy must be considered within practical limits, considering the problem from the point of view of operating conditions, for example taking into account the difficulties concerning the fuel, the temperature at which the various parts of the installation are subject to etco
The base fuel is obviously coal and although it is possible to envisage initially supplying a given installation with gas, fuel oil or prepared fuels, practical considerations make it necessary for this installation to be able to be supplied. by switching from one type of fuel to another, including
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based,
just by making minimal changes to the burners and to the combustion air supply and without the need to modify the equipment intended to generate and heat the steam, otherwise we would be led to a real reconstruction of installation. Coal, for example, may be of good quality and provide high-melting ash for a period of time, while in other circumstances its quality may be inferior and its ash may have a relatively low melting point. thus difficulties of heat transfer with, as a usual consequence, the slagging of the convection surfaces, if the temperature conditions are not kept between determined limits.
Likewise, whatever the fuel, the maximum temperature to which the various surfaces which provide heat exchange are subjected is of great importance from the point of view of economy and the duration of use of the fuel. installation. Even with regard to the heating surfaces of the steam - with a view to its superheating or reheating - it is obvious that the higher the quality of the heat-resistant alloy, the higher the cost price. On the other hand, no economic advantage is realized in the construction, for the achievement of the object stated above, if one has to resort to excessive amounts of heating surfaces for the superheater and the heater. Finally, a satisfactory yield is not obtained if the fuel is not completely burnt.
To better support this reasoning, we can say that if we want to combine a high volumetric capacity with high steam and reheating temperatures, using conventional installations with superheaters and convection heaters, the temperatures required at the outlet of the furnace shall be too high to permit operation substantially free from slagging, even when using coal of normal quality. In addition, it is impossible to maintain the temperature of heating and reheating the steam at a constant value, for a wide range of loads, which is an essential factor from the point of view of efficiency.
Always to allow a better understanding of the nature of the difficulties which oppose the realization of these optimum installations, one can underline the problem which poses, on the one hand, the initial start-up of the installation without the expansions and contractions can have harmful effects, and without overheating the materials used in the construction and, on the other hand, the return of the installation to normal operation, after a standby, without these disadvantages being manifested. Because of these difficulties (both in the turbine and in the generator installation itself), it generally takes a considerable time to put the installation back into battery.
It is obvious that large capacity installations of the kind in question must have very large dimensions. In addition, they have to be supported by constructions which in themselves represent a considerable part of the total installation costs. Excessive concentrations of loads on the foundations should be avoided.
The object of the invention is, essentially, to provide an installation which makes it possible to achieve the main objectives indicated above, in an economical manner both from the point of view of the material construction and that of the operating efficiency,
To achieve this aim, recourse is had to a combination of members and devices which are described below and some of which, taken separately, may already be known, but which all contribute to obtaining the main aims of the invention. .
More particularly, recourse is had, in accordance with the invention, to a unitary installation, certain parts of which are separated from one another but which, nevertheless, constitute an assembly which differs from
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complex installations already known. The mere multiplication of relatively small installations in order to achieve the desired total capacity using the desired steam and reheat temperatures would not achieve the economy in construction or the desired efficiency. combustion or the very high total efficiency of the heating cycle, which characterize the invention.
In summary, fuel is burned and steam generated in zones distinct from each other, and the superheater, reheater, economizer and preheater surfaces are disposed of air so as to provide airflow. extremely efficient use of the heat produced, while allowing economical construction and realizing other advantages. Optimum results are obtained when using, with the arrangements indicated above, forced or controlled circulation, orientable burners and recirculation of gases to control the temperature of the steam, as will be apparent more far.
In addition, these objects are achieved in conjunction with the possibility of easily maintaining a constant superheating and reheating temperature, and this over a wide range of loads, for example between a maximum and about 10% of the load or of the load. nominal capacity.
In other words, the invention proposes to achieve great flexibility of operation by controlling the temperatures over the whole of a very wide range of loads, this aim being achieved in conjunction with an economy in construction and an efficiency. high performance in all aspects, including the ability to easily clean surfaces.
The accompanying drawings show, by way of examples, some embodiments of the invention.
Fig. 1 shows, in elevation with section according to 1-1 fig. 4 in the part relating to the superheater, an installation established according to the invention, certain components being shown schematically.
Fig. 2 shows, on a larger scale and in elevation with parts in section according to 2-2 fig. 3 and in section according to 2a-2a fig. 3, the lower part of the overheating section of the installation.
Fig. 3 shows, in horizontal section along 3-3 fig. 2, the hearth of the installation and, in plan, the fuel supply device.
Fig. 4 shows, in horizontal section along 4-4 fig. 1, the entire installation, the superheater and reheater groups being shown only schematically.
Fig. 5 shows, in vertical section following 5 = 5 freezes 4, the upper part of the heating part of the fireplace
Fig. 6 shows, in partial elevation and on a larger scale, the arrangement of the collectors and tubes in the walls of the fireplace.
Fig. 7 is a cross section along 7-7 fig. 6.
Fig. 8 shows, in plan, a variant comprising a separate hearth with a dividing wall formed by water tubes between the hotplates of the superheater and the reheater.
Fig. 9 shows, in partial vertical section, a modified arrangement of the burners.
Fig. 10 shows a general diagram of the installation,
Figs. 11 to 14 show, schematically, the connections for supplying the burners with fuel in one of the parts of the fireplace.
Fig. 15 shows, in schematic plan, certain pipe fittings according to a preferred embodiment of the invention.
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Fig. 16 shows, similarly, a variant for the gas passages and devices relating to the superheater.
Figs. 17 to 19 show, schematically, the adjustment mode of the adjustable burners.
Fig. 20 shows, in schematic plan, another variant for the gas passages and the steam heaters.
Fig. 21 shows, schematically, a variant for the surfaces for heating the combustion air.
If one refers, on the one hand, to figs. 1 to 4 and, on the other hand, in fig. 10, (more particularly in Figs. 3 and 4) it can be seen that, in general, the preferred embodiment of the invention comprises a furnace, a part of which SF forms the superheater and a part RF the reheater. Fuel burners B1, B2, B3 and B4 serve to introduce fuel into the hearth of the superheater SF while burners B5, B6, B7 and B8 feed the hearth of the heater RF. Grinders M1, M2, M3 and M4 are used to pulverize the fuel. From these grinders, the fuel, conveyed by primary air, is directed to the burners of the heater. W wind boxes are associated with the burners to introduce secondary air with the fuel.
Air ducts AD, AD 'are used to direct this secondary air towards the wind boxes W. Gas recycling ducts, designated by GRD and GRD', connect the outlet passages FO, FO1 to the inlet openings of the GO and GO1 gas (figs. 1, 2 and 10) established in the vicinity of the fuel burners and through which the gas is introduced into the combustion chamber.
The side walls of the SF superheater hearth are lined with WT water tubes (fig. 3) and the lower parts of its front and rear walls are lined with WT1 water tubes, while the upper parts of these same walls are lined with ST radiation superheater tubes (fig.l) ..
The water tubes WT and WT1 of the walls are connected, by their lower end, to lower water collectors 15 (fig. 1). The upper end of the side wall tubes WT open into upper manifolds 16 connected, in turn, to a drum 17 for steam and water, by pipes 18. The upper end of the water tubes WT1 , which are located at the lower part of the front and rear walls, opens into intermediate manifolds 19 connected to the steam and water drum 17 by ascending tubes 20.
The water, coming from the drum 17, feeds the lower collectors 15 via the down tubes 21, while the circulation pumps 22 and the connection tubes 23 ensure a forced and regulated circulation at the same time, as in "LaMont" type boilers.
Openings (not shown) are made in the tubes and / or the collectors to ensure uniform distribution, as in the “LaMont” boilers mentioned above. A water supply connection 24 is provided in the drum 17 for supplying the latter, from a feed water pumping device (not shown), via the economizer E.
The SF superheater tubes placed in the upper part of the front and rear walls of the fireplace constitute radiating elements of the superheater for the saturated steam coming from the drum 17. Every other tube, in the bundle 25 and 25 'of the radiating part of the wall front (figs. 1 and 2), is connected to the steam and water drum 17, as seen at 26 (fig. 1), so that the saturated steam flows down from the drum, to through these tubes, to reach a lower collector 27. From this collector, circulation is carried out from the bottom up through the remaining tubes 28 of the radiating part. The upper part of the tubes 28 passes through the roof of the fireplace, as seen at 29 (fig. 1) and ends in an upper collector 30.
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Every second tube 31, in the parts of the rear wall which provide radiant superheating is connected at 32 to the steam and water drum 17 (figs 1 and 2) so that the saturated steam circulates through the tubes to end. to a lower collector 33. These tubes 31, during their journey between the drum 17 and the collector 33, first pass along the roof of the fireplace;
, then along the roof of the outlet throttle 34, to then descend so as to form a screen 35, before following the bottom of the throttle 34, pass under the nose 36 of the fireplace and descend to the collector 33 Starting from this collector, every other tube 37 goes up along the rear wall of the fireplace, then under the nose 36, to rise so as to form a screen 371 formed by equally spaced tubes and placed across of the inlet of the outlet throttle 34, to end up finally in the manifold 30 already mentioned.
It can therefore be seen that the radiating tubes of the superheater, in the front and rear walls of the fireplace SF, are connected in parallel with the drum 17 and are discharged into the collector 30.
Seen in Figs. 6 and 7 that the water tubes WT1 of the rear wall are split in the form of a fork with three branches at their upper ends so that they can be connected to the external manifold 19, and that the superheater tubes 31 with downward flow from the rear wall, as well as one in two of the superheater tubes 37 with upward flow, are bent so as to pass between the branches of the water tubes split into a fork, to end in the collector 33. According to FIG. 6, it can be seen that this nested arrangement results in the presence in this area of an almost solid metal wall, which protects the arrangement of the fireplace. The same arrangement is adopted for the front wall.
The steam and water drum 17 is suspended from transverse beams 38, at the upper part of the installation, by tie rods shown schematically in figo 1.
The water tubes of the front and rear walls are supported by the transverse beams 38 at the top of the installation by suspenders associated with the riser tubes 20 (figo 1) o The water tubes of the side walls are suspended from the beams by one intermediary. of suspenders associated with the collectors 16. The radiating parts of the superheater are also suspended from suspenders attached to the upper transverse beams.
Therefore, the expansion and contraction of the water walls and that of the sections of the radiant superheaters are independent.
The RF part of the heater hearth is formed, in general, like the SF of the superheater hearth, and it also includes WT water tubes which line the side walls and whose lower ends end in water collectors 15, while the upper ends of these tubes lead to the steam and water drum 17. This RF part of the heater also comprises water tubes WT1 which line the lower parts of its front and rear walls and from which the lower ends open out. in water collectors 15 and the upper ends in collectors 19 connected, by ascending tubes 20, to the steam and water drum 17.
The collectors 15 are supplied by the down tubes 21, the pumps 22 'and the fittings 23, as explained above. Consequently, the water tubes, which generate the steam and line the walls of the SF and RF fireplaces, are arranged in parallel with regard to their supply and their flow rate.
The upper parts of the front and rear walls of the RF part of the heater hearth are lined with RT radiant tubes (fig.
5) which constitute the actual heating elements The tubes 39 and 40 of these elements open, through their lower end, into collectors 41 and 42 towards which the steam to be heated is directed, to be used again, from 13 end from the first stage of the turbine (not shown), via pipe 430
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The upper end of the tubes 39 of the radiating part of the front wall passes through the roof of the fireplace (fig. 5) and is then connected to the tubes of a CS compartment for heating by high temperature convection to finally end in the upper manifold 44 of the CS convection compartment.
Some of the tubes 40 of the radiating beam from the rear wall rise up along this wall, then pass under the nose 45, then a certain number of them run along the bottom of the outlet constriction 46 to then go up through. the outlet opening of this constriction to constitute therein a screen of equidistant tubes 47. Then, these tubes run along the roof of the outlet constriction 46 and are joined to the tubes of the heating compartment by convection CS before ending in the collector 44.
The other tubes 40 of the radiant heating group rise from nose 45 and pass through the front of throat 46 to form a screen 48 of spaced tubes before ending in an upper manifold 49
The heated steam is directed, from the manifold 44, by means of pipes 51, to a suitably located outlet manifold 50.
On leaving the manifold 50, the reheated steam is directed to the second stage of the turbine (not shown).
The part forming the superheater comprises (figs. 1 and 15) a high temperature final superheating part HS as well as an intermediate superheating part HS1 which are housed in the outlet throttle 34. A primary superheating LS part at low temperature is housed in the FO outlet of the furnace. An economiser E is placed in this passage after the LS part of the superheater.
The intermediate superheating part HS1 constitutes half of this high temperature superheating stage of the installation, while the other half HS2 of this stage is placed in the constriction 46 of the heating chamber RF.
The low-temperature primary superheating LS part constitutes half of the primary superheating stage of the installation, while the other LS 'half is placed in the bypass passage FO' of the heating chamber RF.
The economizer E constitutes half of the area of the economiser system of the installation and the other half of this area, designated E ′, is located in the bypass passage FO ′ of the heating unit RF.
The upper manifold 30 of the ST parts which ensure the superheating by radiation is connected by evacuation pipes 52 to the upper manifold 53 of the elements 54 of primary superheating at low temperature, while the manifold 53 is in turn connected by tubes. descendants 55, to the lower collectors 54. The lower end of the tubes of the LS part of the superheating terminate inside the collectors 54, while their upper end terminates in the tubes of the high temperature superheating part HS1. This part HS1 is connected to the output of the high temperature superheating part HS by collectors 54a and 54b and connection tubes 54c.
Pipes 56 connect the upper manifold 57 of the HS part of the superheater to an outlet manifold 58 of the superheater, from where the superheated steam is directed to the first stage of the turbine using pipes 58 '.
If we now refer to figs. 5 and 15, it can be seen that the steam feeds the tubes of the LS 'part of the superheater from the upper manifold 53 via tubes 61 and lower manifolds 62, the manifold 53 being supplied with steam by the manifold 30 by through the pipes 52. The upper ends of the tubes of this part of the superheater are connected to the tubes of the high temperature superheating part HS2, which are in turn connected to the manifold 54b which they feed through the circuit. passing through the collector
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54a and the tubes 54c. As can be seen from figs 1 and 15, the collector
54b supplies steam to the tubes of the high temperature superheater HS of the superheater SF furnace.
It can be seen, therefore, that the superheater elements known as "final superheating" are divided into three groups: HS, HS 'and @
HS2, the first HS being placed in the throttle of the superheater fireplace SF and followed in series - at least as regards the gas flow - by the group HS 'also placed in the throttle of the superheater home
SFo As for the third group HS2, it is placed in the throttle of the RF heating stove and follows, at least as regards the gas flow, to the CS part of the installation which ensures heating by convectiono It can also be seen that the elements of the primary superheating are arranged in two groups, LS and LS ', the first of which is located in the throttle of the superheater household and follows, in series, the group HS',
in the direction of the gas flow, while the LS 'group is located in the throttle of the reheating unit and follows, in series, the group
HS2, at least as far as gas flow is concerned. It can also be seen that the elements of the economiser system are divided into two groups.
E and E, one of which is located in the throttle of the superheating chamber and the other in the throttle of the reheating chamber, following, in series, the primary groups LS and LS ', at least in what relates to the flow of gases.
If we now refer to the general diagram of FIG. 10, it is found that the arrangement of the heat absorption surfaces and the gas passage is established as follows. The gases leaving the superheating furnace SF pass first over the surfaces of the superheaters HS and HSl at high temperature, then on those of the primary superheater LS at low temperature, and finally on those of the economizer Eo.
The gases leaving the reheating unit RF pass first to the reheating group CS, then to the high temperature booster group HS2, then to the low temperature group LS1 and finally to the other economizer group E '.
As specified above, the high temperature superheater group HS 'of the superheating unit, as well as the HS2 high temperature superheater group for the reheating unit, each constitute one half of this superheater stage of the installation. ; in addition, the LS booster group at low temperature of the booster heater as well as the LS2 booster unit at low temperature of the reheat chamber each constitute half of the primary booster stage of the installation, while the economizers E and E 'of the two hearths each represent half of the total area of the entire economizer system.
The two economizer groups are connected in parallel to the pump which ensures the water supply (not shown), and both discharge into the steam and water drum 170
At a point following the economizer units E and E ', a pressure balancing pipe 64 connects the gas passages FO and FO1 to allow the cross flow of the gases and, consequently, the pressure balancing. free sections of the two gas passages FO and FO1, as well as the heating elements located in these passages, are established in such dimensions and proportions that, normally, the gases leaving the hearths have approximately the same weight and temperatures, which results in substantially equal draft losses.
Beyond the transverse pipe 64, the gases coming from the gas passages FO and FO1 circulate through air heaters 65, 651 and are then purified using precipitation devices 66, 66 to be then directed by induced draft fans 67, 671 to the chimney 68. These air heaters and precipitation purification devices can be of any suitable and well known type; the apparatus used for heating the air may for example be of the Ljungstrom type, shown schematically in the drawings.
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Between the economizer groups E and E ', on the one hand, and the transverse pipe 64, regulator registers 69, 691 have been provided to compensate or correct the changes which may possibly occur in the operating conditions and which could influence the losses. relative temperature and draft, for example due to differences in surface cleanliness between the components involved, or for any other cause. Gas shut-off dampers, designated 70-70 and 70'-70 ', are also provided on both sides of the air heaters, making it possible to shut off either passage of the gases when 'it is desired to operate the installation with a single heating device.
Control registers 71-71 'are also provided for the induced draft fans 67, 671, in order to equalize any differences which may occur in the operating conditions of the air heaters.
Bypass pipes 641 and 642 starting from the transverse pipe 64 ensure the connection with the pipes GRD and GRD 'which ensure the recirculation of the gases. Fans are provided at 643 and 644 to ensure this recirculation. Control registers 645 and 646 are provided for the fans, in order to make it possible to compensate for any unevenness which may occur and to possibly direct the recirculated gases either towards one or the other hearth.
If we now examine the air supply to the installation, we see that the air coming from forced draft fans 72, 72 'is directed through ducts 73, 73' to the heating appliances. air 65.65 ', then pipes 74.74' direct it to coupled ducts AD, AD and AD1, AD1 which supply the air boxes W of the burners, which ensures the introduction of hot secondary air into the fireplaces along with the fuel.
Transverse air conduits 75 and 76 connect passages 73, 73 'and 74, 74' to balance the flow and pressures between these passages. Closing and regulating registers 77, 77 'and 78, 78' for the air are provided (fig. 1 and 10) which makes it possible to properly dose the air distributed to each home, as needed. If you wish to operate the installation on a single air heater, one or the other of these heaters can be switched off by closing its corresponding control registers. Control registers 79 and 80 are also provided for the forced draft fans 72, 72; in order to allow the compensation of any possible inequalities in the operation.
The heated air is directed, from the transverse passage 76, to the air intake passages 81 of the fuel spray mills; these mills are designated M1, M2, M3 and M4 and serve to supply the superheating unit SF, using a pipe 82; the passage 76 also supplies four air intake ducts 83 of the mills M5, M6, M7 and M8 which in turn feed the heating chamber RF, thanks to a duct 84. Registers intended to equalize or close the flows respective are arranged in the passages 82 and 84.
The fuel conveyed by the primary air is directed between the grinders and the burners by conduits 85 (FIG. 3) and extractors 86, the latter being provided at the rate of one per grinder; crusher feeds the burners in the manner which will be described below.
If we consider figs. 2, 3 and 11 to 14, it can be seen that the grinder M1 feeds a fuel nozzle of the angle burner B1 through a pipe 87, that the grinder M2 feeds another fuel nozzle of the burner B1 through a pipe 88, that the grinder M3 feeds another fuel nozzle of the burner B1 through a pipe 89, and finally that the grinder M4 feeds the remaining fuel nozzle of the burner B1 through a pipe 90, as shown schematically fig. He.
Likewise, the four nozzles of the B2 burner are supplied by the same four grinders by
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1? Intermediate pipes 91, 92, 93 and 94 (fig. 12), the four nozzles of the burner B3 by the pipes 95, 96, 97 and 98 (fig. 13), and finally the four nozzles of the burner B4 by pipes 99, 100, 101, and 102 (fig. 14).
The aforementioned connections have been described as being those of the superheating furnace burners, but it is obvious that the connections which feed the reheating furnace burners are the same, as shown in fig. 30
Preferably, the burners are of the tangential orientable type, for example of the kind described in US Pat. No. 2,575,885 granted November 23, 19510.
Freezes them. 17, 18 and 19 show, schematically, the effect produced on the flame by the various adjustments in the orientation of the burner nozzles. By changing the angular position of the burners, in the vertical plane, the extent to which the gases are cooled by the water walls is varied. Likewise, recirculating the gases modifies the quantity of heat absorbed by these walls.
Normally, each household is powered by three of its four fuel grinders, the fourth grinder being a reserve grinder.
The quantity of fuel supplied to each stove is substantially the same, and any conventional or known device (not shown) for controlling the flow rate can be used for this purpose, for example a device sensitive to the pressure of steam, of which the actuation acts on the fuel supply so as to maintain the vapor pressure throughout the entire range of operations.
We see more particularly in figs. 1, 3 and 4 that the elements which constitute the hearths are suspended from beams 38 as already indicated above. By subdividing the hearth, it is possible to support the beams not only by spaced rows of columns 103 and 104, placed on the outer sides of the hearth, but also by an intermediate row of columns 105. Thus, the span of the beams 38 can be shortened by about half, as regards the support, which means that the dimensions of the beams can be significantly reduced, the height of their chord being reduced from 5.20 m, adopted for their web or chord in conditions standard, about 1.80 m, which represents a huge reduction in installation costs.
High load concentrations are also avoided, which also contributes to reducing the cost of construction.On the other hand, the dimensions of the tie rods necessary to suspend the fireplace itself and to form the exhaust passage can be significantly reduced. also to a reduction in establishment prices.
These tie rods are shown schematically at various points on the drawings, and it is understood that others should be provided at different places. The installation shown also allows the use of superheaters and radiant heaters and heaters. 'Establish water tube walls along the adjacent side walls of the fireplaces with exterior manifolds of the kind described above for the front and rear walls, the manifolds and pipes always being easily accessible. It is also possible to use soot blowing devices, shown schematically at S, (figso 1 and 2) in the aforementioned walls, these devices being easily accessible from inside the fireplace.
By splitting the hearth in the manner shown, a considerable simplification of the installation is also made possible, by ensuring the symmetry and accessibility of the components, such as pipes and conduits, and the arrangement of the mills. The total occupied volume is less, and the evaporating area greater, than the volume and area that would be required in a single-hearth installation having the same capacity and pressure.
The simplification is also due to the fact that the two essential parts of the household can significantly constitute counterparts,
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that is to say, be done during one another, for all the practical applications envisaged. This also contributes to the savings made with this package. The only significant difference that we see between these parts lies in the elements that follow the fireplaces, where there is a small difference between the total heating surfaces, resulting from the difference between the characteristics specific to overheating and reheating. .
These differences are relatively small, so that it is easy to compensate for them by acting on the register devices so that, throughout the operation of the installation, for any given regime, the weight of gas passing through the two parts is substantially the same, and that there will be no mixing between gases having significantly different temperatures. The passages and the various heat transfer surfaces are so constructed and in such proportions that they provide substantially uniform resistance to the flow of gases, which is advantageous not only in view of the above but also of the point of view of maintaining the correct air-fuel ratio over the full range of operating conditions or speeds.
(The measuring devices which are part of the control mechanism normally used in this type of installation operate with maximum efficiency under these conditions).
By associating this division of the hearth with the controlled forced circulation, the resulting simplification and economy can be further enhanced, since it is possible to use steam generator tubes of smaller diameter and proportionally reduce the total volume d. 'water. used Thus, among the advantages resulting from this simplification, we can cite the lower quantity of metal used and the lower quantity of water to be heated, which means that the installation can be started up much faster than would not allow an installation not having these characteristics. In this vein, we can also emphasize that it is not necessary to start lighting two parts of the fireplace.
The superheating unit can be turned on first, which protects the reheating unit, and once this operation is complete, the reheating unit is simultaneously brought up to the operating temperature as soon as the circulation of steam to the heater is established. , and then we light the reheating unit.
The simplicity and economy of construction also result from the use of adjustable burners and recirculation of the flue gases. The tangential ignition is a factor of economy because it ensures a relatively long path to the flames in areas of small volume of the hearth, with a lower total evaporation surface. Thanks to the combined arrangement of a control for the booster temperature and for the reheat temperature, it becomes possible to constantly maintain the booster temperature and the reheat temperature at a constant value between the maximum speed and also a minimum. lower than 10% of nominal speed, this result being obtained with a smaller evaporation surface than that which would be necessary under other conditions.
Moreover, by virtue of this combined use of orientable burners and of the recirculation of the gases, which can be operated either independently or jointly, it is possible to give a very great flexibility of operation to the installation. With a determined quantity of evaporating surfaces, for a determined maximum capacity and determined values of pressure and temperature, the use of orientable burners alone is insufficient, except for a relatively small range of conditions of use, for example up to 'at 30% of nominal speed. This also applies to the recirculation of gases.
Thus, for the speeds situated between 30% and 10% of the nominal value, the two aforementioned characteristics can be used (orientability of the burners and possibility of recirculation of the gases). Likewise, for certain particular conditions of use, it may be that only one of these characteristics is to be preferred for the advantages it provides. Thanks to these two characteristics and the possibility of being able to use them separately
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or together, a very wide range of operating conditions can be met.
For example, if the recirculation of the gases is continued below 10% of the nominal speed, there will be a certain drop in the temperature of the vapor, and yet it will be possible to store it up. Sine more heat in the turbine when the lights are covered, which makes it possible to put the installation back into battery after a relatively short time - in a few minutes instead of several hours - without any damage. In addition, whereas the orientation of the burners of each hearth is independent of the orientation of the burners of the other hearth and that the same applies to the introduction of the gaseous products of combustion, it is possible to make selective adjustments to cope with all possible operating conditions.
For example, you can rotate the burners in a single fireplace and recirculate the gases in a single fireplace, or you can rotate the burners and recirculate the gases in a single fireplace, or you can rotate the gases. burners in one fireplace and recirculate the gases in the other fireplace, unless the burners are rotated and recirculate the gases in both homes, and so on.
With regard to the efficiency of the thermal cycle, it will easily be seen that by ensuring that the two foci are the pendant of each other or approximately, and also thanks to the arrangement of the elements HS, CS, HS1, HS2, LS and LS 'and E, E' in their respective positions, an extraordinarily efficient thermal cycle is obtained using an approximately equal and substantially uniform total heating surface which has the consequence of directing towards the heating devices. heating 1 air of substantially equal weights of gas to substantially equal temperatures, under normal operating conditions of the installation. It can therefore be seen that a much smaller amount of the most expensive surface is required, that is to say that provided by superheating and reheating.
A single steam and water drum is sufficient.
The piping is much simplified compared to multiple and individual installations.
The connections with the crushers are much more symmetrical than they would otherwise be and the control of these crushers is much simplified.
The fuel is burnt efficiently in the two fireplaces, the whole installation is economical and simple if compared with other installations currently in use for the generation of steam and whose quantitative and pressure characteristics. , as well as the superheat and reheat temperatures, are comparable.
Furthermore, the installation according to the invention is designed so that the gases leave the hearths at temperatures such that ordinary alloys can be used to constitute the surfaces for heating the steam, while eliminating slagging. convection tubes. Screens are particularly useful in this respect. The typical temperatures shown in the drawings, the proportions of the surfaces used, in the installation shown, are calculated with a view to arriving at approximately these operating temperatures. nominal.
By splitting the fireplaces and separating the gas streams before their final mixing in the flue, efficient use of the control equipment is made possible. This control apparatus is not shown in the drawings, since it does not form part of the invention.
The arrangement according to the invention also results in reducing the number of collectors required and simplifying the piping.
By arranging the crushers on one side, as shown for example in fig. 3, it makes possible the simplification of the fuel boxes or bunkers, on the one hand, and of the conveyor system used, on the other hand.
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In the variant which is the subject of FIG. 9, almost all of the advantages stated above are obtained, except as regards the reduction of the dimensions of the aerial support structure. In this variant, the hearth is separated by the arrangement of a water wall composed of water tubes 106 connected so as to be fed by the drum and to supply steam to the latter. Likewise, in this embodiment, the burners cannot be arranged as simply as in the preferred embodiment which has been described above.
On fig 9, we see a different arrangement of the burners, in which the nozzles of the burners are arranged in two groups 107 'and 108, with separate control, spaced vertically between them and in which the inlet 109 for the recirculated gases is located in the space between the two groups of nozzles.
In fig. 16, we see a variant of the gas passages for which the constricted parts of the two separate hearths form only one constriction 34a which follows the HS convex superheater and the CS convection heater common to the two hearths; this restriction is connected to conduits so as to end in a single discharge passage F02 common to the two homes. In this case, the high temperature superheater HS3 placed in the throttle 34a is presented as a unitary assembly which extends over the entire width of the throttle, while the primary superheater IS2 at low temperature occupies the entire width of the passage. evacuation F02. An economizer, also located across the entire width, is placed below the IS2 superheater.
In this embodiment, the application of the control mechanism is more complicated.
Steam from manifold 30 which occupies only one width in the superheater SF, passes into the double-wide manifold 53 through pipes 52 and then ends up, through conduits 55a, in superheater LS2 at low temperature; then the steam arrives in the superheater HS3 at high temperature, passes through the collector 54a with double width, the collector 54b with single width passing through the pipes 54c and the high temperature finishing superheater HS of the superheater SF hearth; then the steam reaches manifold 57 and, finally, outlet manifold 58 from where it is directed to the first stage of the turbine through pipes 58 '.
The convection heating CS part of the RF reheat unit is connected in the same way as described above with reference to fig. 5.
To simplify the description, the different parts HS, HS1 and HS2 are designated by the collective expression of “finishing” superheating surfaces. However, they are only used with regard to the primary superheating surfaces LS and LS1. While HS1 and HS2 are high temperature superheat surfaces, unlike primary surfaces, they obviously operate at lower temperatures than those at which the HS, HS1 and HS2 surfaces actually operate as intermediate or prime finishing surfaces. degree, while H2 represents the final finishing surfaces.
In the construction described so far, radiant heating surfaces are provided in the two hearths and upstream of the latter. Under certain conditions, such as when the coal is of excellent quality and has a very high melting point ash content, it may be unnecessary to provide this radiant heating surface. In this case, in the superheating furnace the steam coming from the drum 17 is directed directly to the manifolds 54 of the primary superheating elements and the steam coming from the turbine and which must be reheated is conducted directly to the heating elements CS. This arrangement is shown schematically in FIG.
20. Overall, this arrangement is identical to that of FIG. 16, except that the elements SH and RH have dimensions such that the element HS3 can be omitted from FIG. 16. In this case, the primary superheater
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LS2 is followed by economizer surfaces, and so on, as before. Preferably, the area of the superheating element SH is about 10% greater than that of the heating element RH.
In the variant, shown schematically in Fig. 21, part of the air preheating surfaces AH is placed upstream of the economizer E ', while this economizer is followed by an element whose surfaces ensure the preheating of the air. air and which is designated AH '. The advantage of this arrangement is that it makes it possible to increase the preheating temperature of the air while using a appreciably smaller surface.
Although in the preferred embodiment of the invention, as described above, the installation is divided into two parts, it is understood that it can be divided into a greater number of parts without leaving the framework of the invention.,
Likewise, it is obvious that, in certain cases, the economizer devices E and E 'can be replaced by evaporating surfaces of the boiler, as equivalent devices.
Although, for generally normal operating conditions, it is preferable to circulate equal weights of gas through the separate parts, it can sometimes be advantageous that these weights are unequal. By way of example, while the temperature of the steam at the inlet of the superheater is, in general, always the same, and that this temperature, in a temperature / load curve, is represented by a straight line parallel to the base , the steam reheating curve is a line which rises somewhat between the low load and high load points in such a curve.
Therefore, there may be certain conditions, particularly when the load is very low, where it is favorable that the gases have unequal weights from one part to another of the divided plant according to the invention. This can optionally be achieved, either by returning to the cycle an appropriate quantity of gaseous products of combustion through the reheating hearth, or by modifying the respective quantities of fuel supplied to the hearths.
Although the drawings show the intake of the gases to be returned to the circulatory cycle as being placed at a point located downstream of the economizer elements, the gas to be recirculated can advantageously be taken off at a point located between the economizer and the elements. primary superheaters. This decreases the energy required to ensure both the natural circulation and the operation of induced draft fans. In addition, this arrangement. reduces, on the one hand, the quantity of gas allowed to circulate through the economizer elements and, on the other hand, the gas outlet temperature.
If we refer to fig 5, we see that we can optionally omit the collector 49 and that the tubes 48 can be associated with the tubes of the element CS to finally end in the collector 44. Likewise, the collector 57 can be omitted (figo 1) by directly terminating the tubes of the HS element in the collector 58.
It is understood that if neither the radiant superheater nor the radiant heating surfaces are used, they should be replaced by evaporation surfaces. The radiant superheater and heating surfaces are advantageous to alleviate the conditions created by high temperatures and the use of inferior fuels, when it is desirable to have relatively low furnace outlet temperatures. By using these properly distributed and calculated radiant heating surfaces, higher steam and reheating temperatures can be achieved, and the cost is significantly lower due to the. decrease in the amount of superheat and reheat surfaces required, compared to the amount that would otherwise be required.