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PERFECTIONNEMENTS AUX GROUPES GENERATEURS, SURCHAUFFEURS DE VAPEUR ET A LA CONDUITE DE CES GROUPES.
Cette invention concerne des groupes générateurs, surchauffeurs et réchauffeurs de vapeur de type tubulaire, ainsi que la conduite de ces groupes, du genre comportant une section d'échange de chaleur par rayonnement comprenant des tubes qui garnissent les parois d'une chambre de combustion agencée pour être chauffée par un combustible dont les flammes sont partiellement opaques et une section d'échange de chaleur par convection agencée pour être chauffée par les gaz venant de la chambre de combustion.
Dans des groupes générateurs et surchauffeurs de vapeur destinés à fournir de la vapeur à des pressions et des températures élevées, les surfaces de chauffe par convection sont avantageusement établies po@x être chauffées par des gaz ayant des températures élevées à leur entrée. Dans le cas de foyers chauffés avec des combustibles tels que le charbon ou l'huile qui donnent des flammes partiellement opaques, le rayonnement sur les tubes de refroidissement des parois est limité et l'observation a montré que les parois reçoivent de la chaleur de rayonnement de couches de gaz d'une épaisseur limitée à environ quatre à dix pieds (1,20 m à 3,00 m) suivant l'opacité de la flamme.
Dans une chambre de combustion de grandes dimensions ayant une notable section transversale, les parois sont donc incapables de refroidir un noyau central de gaz de combustion et il en résulte que la température maximum des gaz dans une partie centrale du courant des gaz de combustion allant à la section de convection est considérablement plus élevée que les températures des gaz régnant dans la région du courant des gaz dans le voisinage des parois refroidies par circulation d'un fluide.
Il s'ensuit que l'efficacité des surfaces de chauffe par convection est diminuée, car si la température maximum'des gaz à l'entrée dans la section de convection est limitée à celle qui ne fait courir aucun risque au métal des parties de l'échangeur de cha-
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leur par convection qui viennent en contact avec les gaz à température maximum, d'autres parties de l'échangeur de chaleur viennent en contact avec des gaz ayant des températures inférieures à la température maximum admissible.
En outre, dans le cas d'un groupe chauffé avec un combustible dont la cendre possède une température de fusion trop basse, la température relativement élevée dans la partie centrale du courant de gaz est susceptible de donner lieu à d'importants dépôts de scorie sur les surfaces d'échange de chaleur dans le voisinage de l'entrée à la section de convection. Pour réduire les différences de température dans le courant des gaz de combustion, on a eu recours à une subdivision de la chambre de combustion par une paroi formée de tubes vapori- sants, mais cette paroi séparatrice est difficile à nettoyer et une notable différence de température subsistait d'une partie à l'autre du courant gazeux.
Un but de l'invention est de procurer un dispositif perfectionné pour réduire la température dans la partie centrale du courant des gaz de combustion circulant dans une section de convection. Des buts plus spécifiques sont d'obtenir une température plus uniforme dans le courant de gaz à l'entrée de la section de convection pour pouvoir éviter ou réduire le dépôt de scorie sur les surfaces d'échange de chaleur.par convection dans le voisinage de l'entrée des gaz dans la section de convection, et à procurer des dispositifs et un procédé permettant de régler le degré d'échange de chaleur dans un réchauffeur de vapeur.
La présente invention comprend le mode de conduite d'un groupe générateur, surchauffeur et réchauffeur de vapeur de type tubulaire du genre comprenant une section d'échange de chaleur par rayonnement qui comporte des tubes garnissant les parois d'une chambre de combustion agencée pour être chauffé avec un combustible dont les flammes sont partiellement opaques, et une section d'échange de chaleur par convection agencée pour être chauffée par les gaz venant de la chambre de combustion, caractérisé en ce que les gaz de combustion refroidis par contact avec les surfaces de la section à convection sont remis en circulation et mélangés à des gaz dans une partie centrale du courant des gaz de combustion allant à la section de convection en vue de réduire la température relativement élevée des gaz dans cette partie.
L'invention comprend aussi un groupe générateur, surchauffeur et réchauffeur de vapeur de type tubulaire possédant une chambre de combustion à parois garnies de tubes vaporisants, une section de convection comprenant des surfaces de chauffe de la vapeur et un dispositif pour chauffer la chambre de combustion avec un combustible dont les flammes sont partiellement opaques, caractérisé en ce que des dispositifs sont prévus pour remettre en cir- culation des gaz refroidis par leur passage sur les surfaces de chauffe par convection et les mélanger avec des gaz dans une partie du courant des gaz de combustion allant à la section à convection.
L'invention sera décrite ci-après à titre d'exemple avec référence aux dessins annexés, dans lesquels:
Fig. 1 est une coupe verticale longitudinale d'un groupe générateur surchauffeur et réchauffeur de vapeur, suivant la ligne 1-1 de la fig. 3 vue dans le sens indiqué par les flèches;
Fig. 2 est une coupe verticale longitudinale d'une partie seulement du groupe représenté sur la fig. 1, suivant la ligne II-II de la fig. 3;
Fig. 3 est une coupe horizontale suivant la ligne III-III de la fig. 1;
Fig. 4 est une coupe horizontale suivant la ligne IV-IV de la fig. 1;
Fig. 5 est une coupe horizontale suivant la ligne V V de la fig.
1 ;
Fig. 6 est une coupe verticale transversale suivant la ligne
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VI-VI de la fig. 5;
Fig. 7 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la fig.
3;
Fig. 8 est une vue en élévation d'une des ouvertures de la paroi avant de la chambre de combustion indiquées sur la fig. 7;
Figs. 9 (a), 9 (b) et 10 sont des diagrammes employés dans la des- cription du fonctionnement;
Fig. 11 est un schéma représentant par des coupes horizontales fragmentaires une autre disposition dans la paroi avant de la chambre de com- bustion des ouvertures destinées à décharger les gaz refroidis dans celle- ci;
Figs. 12 (a), 12 (b) et 12 (c) sont des vues en élévation de cer- 'taines des ouvertures mentionnées à propos de la fig.
Il;
Figs. 13 et 14 montrent une autre variante du groupe représenté sur les figs. 1 à 8, lafig. 13 étant une coupe verticale longitudinale de la partie supérieure de ce groupe suivant la ligne XIII-XIII de la fig. 14 et fige 14 étant une coupe horizontale de cette variante suivant la ligne XIV-XIV de la fig. 13, et
Figs. 15 (a), 15 (b) et 16 sont des diagrammes employés dans la démonstration du fonctionnement de ce dernier groupe.
Sur les figs. 1 à 7 des dessins, une chambre de combustion 1, allongée dans le sens vertical, et de section transversale rectangulaire, présente un fond en forme de trémie 2, et ses parois réfractaires avant 3, arrière 4 et latérales 5 et 6 sont garnies de tubes vaporisants, de refroidissement des parois, intimement rapprochés.
Ainsi, des tubes 10, raccordés par leurs extrémités inférieures à un collecteur d'entrée 11, garnissent la paroi avant de la trémie 2 du fond et partent de la verticalement approximativement jusqu'à mi-hauteur de la chambre de combustion, où ils sont coudés vers l'intérieur pour former une arche 12, au-dessus de laquelle ils reviennent dans le plan de la partie inférieure de la paroi avant et continuent à s'élever verticalement jusqu'au ciel 13 de la chambre de combustion, qu'ils traversent pour se raccorder par leurs extrémités supérieures à un corps cylindrique de vapeur et d'eau 14.
Des tubes 17 raccordés par leurs extrémités à un collecteur d'entrée 18 garnissent la paroi arrière de la ' trémie de fond 2 et s'élèvent de cet endroit verticalement jusqu'à un niveau situé au-dessus de celui de l'arche 12 et au-dessous de celui d'une sortie de gaz latérale 19 de la chambre de combustion, où les tubes de rang impair, désignés par 17a, sont coudés en avant vers la paroi 3 pour former une arche 20 qui s'étend sur toute la largeur de la chambre de combustion et s'avance approximativement d'une quantité égale au quart de la profondeur de cette chambre vers la paroi avant.
Les autres tubes 17 désignés par 17b s'élèvent verticalement jusqu' au ciel 13, où ils sont coudés vers l'avant de la chambre de combustion pour se diriger vers la paroi avant 3 et à travers celle-ci, en garnissant le ciel 13, et se raccorder par leurs extrémités supérieures au corps cylindrique de vapeur et d'eau 14. Au-dessus de l'arche 20 les tubes de rang impair désignés par 17 aa de la série de tubes 17a s'élèvent verticalement vers le ciel 13, tandis que les tubes de rang pair de la série 17a désignés par 17ab, sont inclinés de bas en haut vers l'arrière pour former la surface supérieure 25 de l'arche 20 et rejoindre les tubes 17b d'où ils s'élèvent verticalement en deux rangées parallèles de tubes convenablement espacés vers le ciel 13.
Les tubes 17aa et 17ab, comme 'les tubes 17b s'étendent vers et à travers la paroi avant 3,en garnissant le ciel 13, et sont raccordés par leurs extrémités supérieures à la chambre d' eau du corps cylindrique de vapeur et d'eau 14.
Les parois latérales 5 et 6, sont garnies de la manière bien connue par des tubes vaporisants intimement rapprochés 29 (voir fig. 3) raccordés par leurs extrémités inférieures et supérieures respectivement à des collecteurs d'entrée et de sortie (non indiqués). Les collecteurs de sortie
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sont convenablement raccordés par des colonnes montantes au corps cylindrique de vapeur et d'eau 14 et les collecteurs d'entrée, de même que les collecteurs
11 et 18, sont alimentés par des tubes de descente appropriés indiqués 26, ame- nant l'eau du corps cylindrique 14.
Des brûleurs 41 sont disposés de manière à débiter du combustible pulvérisé et de l'air secondaire dans la chambre de combustion entre les tu- bes qui garnissent la partie inférieure de la paroi avant 3, au-dessous de l'arche 12.
A proximité de la paroi avant 3, dans le renfoncement 45 au-des- sus de l'arche 12 se trouve un surchauffeur à rayonnement 47 comprenant des tubes en forme d'épingles à cheveux 48 disposés en groupe pour former des plateaux ou panneaux tubulaires 49 dont les coudes sont situés à la partie supérieure et traversent le ciel 13 de la chambre de combustion, les extré- mités inférieures de chaque tube 48 étant raccordées l'une à un collecteur d'entrée 50 et l'autre à un collecteur de sortie 51.
Le collecteur d'entrée
50 est relié à la chambre de vapeur du corps cylindrique 14 par des tubes
52 disposés à l'intérieur du renfoncement 45 et placés sur la face des pan- neaux 49 tournée vers la paroi. @
Une boîte à vent 300 d'une longueur égale à environ 70% de la distance entre les parois latérales 5 et 6 et d'une hauteur égale à environ la moitié de la hauteur de la sortie des gaz 19 est disposée symétriquement par rapport à la ligne centrale du groupe à l'extérieur de la paroi avant
3 à un niveau tel qu'elle se trouve en regard de la moitié inférieure de la sortie des gaz 19.
La boite à vent est agencée pour fournir du gaz refroidi, amené à ses deux extrémités opposées par deux conduits de gaz 301, dont il sera question ultérieurement et déchargé par des ouvertures 302 ménagées dans la paroi avant 3 en une rangée s'étendant en travers de la partie centrale de celle-ci. Chaque ouverture présente approximativement la hauteur de la boite à vent et est formée par le déplacement vers l'avant et lâtéralement de l'un des tubes 10 de la paroi avant et est située entre deux des tubes de vapeur 52.
Les ouvertures 302 sont groupées dans la rangée en sept groupes d'ouvertures uniformément espacées 303-309 dont le groupe 303 est le plus rapproché de la paroi latérale 5, le groupe 309 le plus rapproché de la pa- roi latérale opposée 6 et le groupe central 306 à cheval sur la ligne cen- trale du groupe générateur de vapeur. Chaque groupe d'ouvertures se compo- se de deux ouvertures, comme c'est indiqué sur la fig. 7 pour le groupe 306 et les groupes 303 à 309 sont desservis par les sections correspondantes
310 à 316 en lesquelles la boite à vent est subdivisée.
L'un des deux con- duits 301 est destiné à desservir les trois sections de boite à vent les plus rapprochées de l'une des extrémités de la boite à vent et l'autre con- duit 301 est destiné à desservir les trois sections de boite à vent les plus rapprochées de l'autre extrémité de cette boite; la section centrale 313 de la boite à vent peut être alimentée par l'un ou l'autre des deux branchements 301 ou par tous les deux. Des vannes papillons 320, qui peuvent être actionnées séparément, sont prévues pour régler l'admission des gaz re- froidis des conduits 301 aux sections 310 à 316 de la boite à vent.
Un parcours de gaz latéral 60 se trouve en arrière de la sortie des gaz 19 et communique par son extrémité postérieure avec un parcours descendant vertical 61, une partie 62 de l'extrémité postérieure du parcours
60 étant située au-dessus du parcours descendant 61 sur toute la largeur et pratiquement sur la moitié de la profondeur de ce dernier.
Le fond réfractaire de la partie du parcours de gaz latéral 50 qui se trouve derrière le plan de la paroi arrière 4 de la chambre de combus- tion affecte la forme d'une trémie et comprend deux parties 65a et 65b si- tuées respectivement de part et d'autre de la trémie et inclinées toutes deux de haut en bas vers une ouverture transversale 66 formée par l'extrémité supérieure d'un couloir vertical de dérivation 67 situé du côté avant et s'
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étendant sur toute la largeur du parcours descendant 61.
La partie 62 de l'extrémité postérieure du parcours de gaz latéral
60 et la totalité du parcours descendant 61 sont divisées par des parois sé- paratrices verticales 72 et 73 (voir figs. 3 et 6) pour former trois passages de gaz en parallèle s'étendant respectivement d'un point situé au-dessus de la dérivation 67 jusqu'à trois sorties de gaz latérales 74a, 74b et 74c disposées à l'extrémité inférieure de la paroi arrière 75 du parcours descendant. Celui- ci est ainsi divisé en trois parties 61a, 61b et 61c situées respectivement entre la paroi latérale 77 du parcours descendant 61 et la paroi séparatrice
72, entre les parois séparatrices 72 et 73, et entre la paroi séparatrice
73 et la paroi latérale 78 du parcours descendant 61.
Des déflecteurs ajus- tables 79a, 79b et 79c sont fixés à la paroi 75 au-dessus du hiveau de 1' ouverture 66, ces déflecteurs s'étendant sur toutes les largeurs des parties
61a, 61b et 61c du parcours de gaz 61, respectivement, et chacun d'eux pré- sentant une surface supérieure inclinée de haut en bas vers l'intérieur.
Une cloison séparatrice 82 qui sert de paroi avant au parcours descendant
61 et se prolonge, comme la paroi arrière de la dérivation 67, de haut en bas au-dessous des sorties 74a, 7412 et 74c jusqu'au fond 84 du parcours descen- dant 61.
La dérivation 67 est reliée à un prolongement descendant déporté 85 du parcours descendant 61 par deux galeries 86 passant à travers la partie centrale 61b du parcours 61 et le fond 84 est établi sous forme d'une série de trémies disposées côte à côte sur la largeur du parcours descendant, des trémies séparées 90, 91, 92, 93 et 94 étant conjuguées respectivement avec les parties 61a, 61b et 61c de ce parcours et les deux galeries 86, chacune de ces deux dernières trémies étant prolongée latéralement à son extrémité avant, de telle sorte qu'ensemble elles couvrent la totalité de l'aire située sous la dérivation 67. Les extrémités inférieures de la dérivation 67 et du parcours descendant 61 constituent des tournants de gaz disposés au-dessus des trémies.
Les parois et ciels du parcours latéral de gaz 60 et du parcours descendant 61 comportent des tubes de chauffe de vapeur, servant au refroidissement des parois. Ainsi, un collecteur d'entrée 100 relié, par un conduit approprié indiqué en 101, au collecteur de sortie 51 du surchauffeur par rayonnement 47 est disposé à proximité de l'extrémité inférieure de la paroi arrière 75 du parcours descendant 61 et des tubes convenablement espacés 103 qui y sont reliés s'élèvent verticalement de manière à garnir la paroi arrière 75 à la partie supérieure duquel ils sont coudés vers l'avant pour garnir le ciel 105 du parcours descendant 61 et le ciel 107 de la partie du parcours de gaz latéral 60 située en arrière de la paroi 4 de la chambre de combustion, ces tubes étant coudés de bas en haut près du plan de la paroi 4 pour traverser le ciel 107,
au-dessus duquel ils sont raccordés à un collecteur 108. D'autres tubes 109 s'étendent horizontalement en travers du parcours descendant 61 depuis le collecteur d'entrée 100 jusqu'à la paroi séparatrice 82 et s'élèvent ensuite verticalement jusqu'en un point situé à proximité de l'ouverture 66 pour former conjointement avec une matière réfractaire appropriée, la paroi 82. A l' ouverture 66, les tubes de rang impair 109a se prolongent verticalement à travers le parcours de gaz 60 comme un écran de tubes convenablement espacés et à travers le ciel 107 de ce parcours, au-dessus duquel ils sont reliés au collecteur 108.
Les autres tubes 109b du faisceau 109 sont coudés en arrière et inclinés de bas en haut pour contribuer à former la partie 65b du fond du parcours de gaz latéral 60, l'extrémité arrière duquel ils sont coudés de bas en haut et s'élèvent verticalement en un écran de tubes espacés vers et à travers le ciel 105 du parcours descendant 61, au-dessus duquel ils sont raccordés au collecteur 108.
D'autres tubes encore, indiqués en 110, s'étendent horizontalement en travers de la dérivation 61 et en travers de la dérivation 67, depuis le collecteur d'entrée 100 jusqu'à la paroi avant 111 de la dérivation, et s'élèvent ensuite verticalement pour garnir cette paroi jusqu'à l'ouverture 66, au-dessus de laquelle les tubes de rang impair
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110a sont prolongés verticalement en travers du parcours de gaz latéral 60 sons forme d'une rangée de tubes convenablement espacés et à travers le ciel 107, au-dessus duquel ils sont raccordés au collecteur 108.
Les autres tubes ou tubes de rang pair 110b du faisceau 110 sont coudés vers l'avant au-dessus de l'ouverture 66 pour garnir la partie 65a du fond du parcours de gaz latéral 60, et, à proximité du plan de la paroi 4, ils sont coudés de bas en haut pour s'élever en une rangée de tubes espacés en travers du parcours de gaz latéral 60 et à travers le ciel 107, au-dessus duquel ils sont -raccordés au collecteur 108.
Certaines parties des tubes 109a et 110a au-dessus de l' ouverture 66 sont couvertes de matière réfractaire pour délimiter un prolongement vertical 67a de la dérivation 67 en laissant des ouvertures 115a, 115b entre des tubes 109a et 110a, respectivement, pour permettre la chute dans la dérivation des crasses tombant sur les parties 65b, 65a, respectivement du fond du parcours de gaz latéral 60.
Les parties supérieures des parois latérales 77 et 78, les parois séparatrices 72 et 73 et les parois latérales 116a, 116b de la dérivation 67 sont aussi pourvues de tubes de refroidissement, où se chauffe la vapeur.
Ainsi, les collecteurs 117, Il$, 119 et 120 (voir fig. 6) sont disposés dans les parois 77, 72, 73 et 78, respectivement, à une courte distance au-dessus du niveau des sorties de gaz 74a, 74b et 74c, et des tubes 121, 122, 123 et 124 s'élèvent verticalement à partir des collecteurs 117, 118, 119 et 120, respectivement, les tubes 121 et 124 servant à garnir les parois 77, 116a et 78, 116b, respectivement, tandis que les tubes 122,123 constituent conjointement avec de la matière réfractaire, les parois 72 et 73.Les tubes 121 et 124 qui sont conjugués avec les extrémités avant des parois 77 et 78 et avec les parois 116a, 116b, sont plus intimement rapprochés les uns des autres que les tubes conjugués avec les extrémités arrière des parois 77 et 78 (voir fig. 4);
et au-dessus du niveau de l'ouverture 66 les tubes plus rapprochés 121 et 124 divergent les uns des autres afin de pouvoir garnir non seulement les parois latérales du parcours de gaz 61 et le prolongement vertical 67a de la dérivation, mais aussi la totalité des parois latérales de la partie du parcours latéral de gaz 60 située à l'arrière du plan de la paroi 4 de la chambre de combustion. A leurs extrémités supérieures, les groupes de tubes 121, 122, 123 et 124 sont raccordés à des collecteurs correspondant aux collecteurs 117, 118, 119 et 120,par exemple, les collecteurs 125 et 126 correspondant aux collecteurs 118, 119, respectivement.
Ces quatre collecteurs supérieurs sont raccordés par des tubes tels que 127 au collecteur 108.
Un surchauffeur primaire à convection 135 est monté dans la partie 61c du parcours descendant 61 et comprend des tubes sinueux 136 aménagés en trois faisceaux 136a, 137b et 137c dans la partie du parcours descendant située au-dessous du niveau de l'ouverture 66, l'extrémité inférieure de chaque tube 136 étant reliée à un collecteur d'entrée 138 placé dans la paroi avant 111 de la dérivation 67 et relié par des tubes tels que 139 aux collecteurs 117, 118, 119 et 120.
A proximité du niveau de l'ouverture 65, des paires de tubes 136 de rang impair désignés par 136a sont coudés de bas en haut à proximité de la paroi séparatrice 82 et sont aménagés de manière à se placer entre les tubes 109b pour contribuer à former la partie 65b du fond du parcours de gaz latéral 60, à@l'extrémité arrière duquel ils sont coudés de bas en haut et s'étendent en deux rangées de tubes espacés en travers de l'extrémité postérieure du parcours de gaz 60 vers et à travers le ciel 105, au-dessus duquel ils sont coudés en sens inverse et pénétrent dans le parcours de gaz latéral 60 pour faire partie d'un quatrième faisceau tubulaire 137d du surchauffeur primaire, disposé au-dessus de la partie 65b du fond.
Les autres tubes du faisceau 136 c'est-à-dire les tubes de rang pair 136b sont coudés de bas en haut approximativement à mi-profondeur du parcours descendant 61 pour s'élever verticalement en deux rangées de tubes espacés vers et à travers le ciel 105, où ils rejoignent les tubes 136a pour former le restant du faisceau tubulaire 137d.
Dans le faisceau tubulaire 137d, les tubes 136 sont disposés sur la largeur du parcours à un pas égal au double du pas des parties de
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tubes de faisceaux 137a, 137b et 137c, sont coudés sous une forme sinueuse de telle sorte que chaque tube traverse plusieurs fois la hauteur du parcours de gaz latéral et s'élèvent, à l'extrémité avant du faisceau 137d, verticalement à travers le ciel 107 où ils sont coudés en sens inverse pour revenir dans le parcours de gaz 60 au-dessus de la dérivation 67, ces tubes étant coudés pour former des tubes en U constituant un faisceau tubulaire 137e du surchauffeur primaire. A l'extrémité avant du faisceau tubulaire 137c, les tubes 136 s'élèvent verticalement à travers le ciel 107 et sont raccordés à un collecteur de sortie 140.
Un second surchauffeur primaire à convection 135; est monté dans la partie 61a du parcours descendant 61 et comprend comme le surchauffeur 135 des tubes sinueux aménagés de manière à former des faisceaux semblables aux faisceaux 137a à 137e comprenant le surchauffeur primaire à convection 135. Deux de ces faisceaux 147d et 147e correspondant aux faisceaux 137d et 137e sont représentés sur la fig. 3 et deux autres faisceaux 147a et 147b correspondant aux faisceaux 137a¯et 13712 sont représentés sur la fig. 6.
Le collecteur de sortie 140 du surchauffeur 135 et le collecteur de sortie correspondant du surchauffeur 145 sont tous deux reliés paries conduits 150 à un désurchauffeur de vapeur 151, qui peut être de n'im- porte quel type approprié connu, et la sortie de vapeur refroidie du désurchauffeur est reliée par des conduits 152 au collecteur 153 servant de collecteur d'entrée à un surchauffeur secondaire à convection 155 comprenant des tubes sinueux 156, raccordés chacun par une extrémité au collecteur 153.
Les tubes 156 descendent à travers le ciel 107 et sont coudés sous une forme sinueuse de telle manière qu'ils traversent chacun plusieurs fois le parcours de gaz latéral dans le sens de la hauteur pour former un premier faisceau tubulaire 157a disposé dans la partie du parcours de gaz latéral 60 située au-dessus de l'arche 20 et entre les rangées de tubes 17aa et 17ab. A l'extrémité arrière du faisceau tubulaire 157a, les tubes 156 s'élèvent verticalement à travers le ciel 107 et sont coudés en sens inverse pour revenir dans le parcours de gaz 60 au-dessus de la partie 65a du fond, où les tubes sont de nouveau coudés sous une forme sinueuse pour former un second faisceau tubulaire 157b disposé dans la partie du parcours de gaz latéral située entre les rangées de tubes 110a et 110b.
Les faisceaux tubulaires de surchauffeur 157a et 157b s'étendent tous deux en travers du parcours de gaz latéral 60 sur toute la largeur de celui-ci, comme c'est indiqué clairement sur la fig. 3. A l'extrémité arrière du faisceau 157b, les tubes 156 s'élèvent verticalement à travers le ciel 107 et sont reliés à un collecteur de sortie 160, lui-même relié par une conduite générale de vapeur indiquée en 161 à l'étage haute pression d'une turbine associée, non représentée.
Un réchauffeur primaire à convection 170 est monté dans la partie 61b du parcours descendant 61 et comprend des tubes sinu@ux 171 aménagés en trois faisceaux 172a, 172b et 172c dans la partiedu parcours descendant située au-dessous du niveau de l'ouverture 66, l'extrémité inférieure de chaque tube 171 étant reliée à uncollecteur d'entrée 173 disposé à l'extérieur de la paroi arrière 75 du parcours descendant.
A peu près au niveau de l'ouverture 66, des paires de tubes de rang pair du faisceau 171 désignés par 171a, sont coudés vers le haut à proximité de la paroi séparatrice 82 et sont aménagés de manière à se placer entre les tubes 109b pour contribuer à former la partie 6512 du fond du parcours de gaz latéral 60 à l'extrémité arrière duquel ils sont coudés de bas en haut et s'étendent en deux rangées de tubes convenablement espacés en travers de l'extremité arrière du parcours de gaz 60 vers et à travers le ciel 105, au-dessus duquel ils sont reliés à un collecteur de sortie 174.
Les autres tubes 171 c'est-à-dire les tubes de rang pair 171b sont coudés de bas en haut approximativement à mi-profondeur du parcours descendant 61 pour s'élever verticalement en deux rangées espacées de tubes convenablement es-
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pacés vers et à travers le ciel 105, au-dessus duquel ils sont reliés au collecteur de sortie 174.
Le collecteur de sortie 174 est relié par des tuyaux 175 au collecteur d'entrée 180 d'un réchauffeur secondaire à convection 181 comprenant des tubes 182, dont:l'espacement dans le sens transversal du parcours de gaz 60 est égal au double .:environ de l'espacement des parties des tubes 171 dans les faisceaux tubulaires 172a, 172b et 172c dans le sens transversal du parcours 61. Chaque tube 182 est raccordé par une extrémité au collecteur d'entrée 180 d'où il descend dans la partie du parcours latéral de gaz 60 située au-dessus de la dérivation 67, les tubes étant coudés en sens inverse à leurs extrémités inférieures de manière à former un faisceau tubulaire 183a.
A l'extrémité arrière du faisceau 183a, les tubes 182 s'élèvent à travers le ciel 107 et sont coudés en sens inverse pour revenir dans le parcours de gaz 60 au-dessus de la partie 65b du fond les tubes étant coudés en sens inverse à leurs extrémités inférieures pour former un second faisceau tubulaire 183b et revenir à travers le ciel 107 au-dessus duquel ils sont reliés à un collecteur de sortie 185. Le collecteur d'entrée 173 du réchauffeur primaire 170 est relié à l'échappement d'un étage haute pression-de la turbine associée, tandis que le collecteur de sortie 185 du réchauffeur secondaire monté en série 181 est relié à l'entrée d'un étage à pression intermédiaire de la turbine associée.
La division du courant des gaz chauds venant de la chambre de combustion 1 entre les parties 61a, 61b et 61c du parcours descendant 61 et de la dérivation 67 est commandée par les vannes 200a, 200b et 200c montées respectivement dans les sorties de gaz 74a, 74b et 74c et par des vannes 202a et 202b établies respectivement aux extrémités arrière des deux galeries 86.
Le prolongement descendant déporté 85 du parcours descendant 61 contient trois sections d'économiseur 205a, 205b et 205c et communique à son extrémité inférieure avec un carneau 206. Le carneau est fait de deux parties, dont une d'un côté et l'autre de l'autre côté du grosoeuvre de la chambre de combustion, conduisant les gaz refroidis vers l'avant de la fondation et d'abord à un réchauffeur d'air (non représenté) puis à un intercepteur de poussière d'escarbilles (non représenté) et ensuite à un ventilateur de tirage induit (non représenté) pour les décharger dans une cheminée (non représentée).
Les gaz refroidis peuvent être extraits des deux parties du carneau 206 par des ventilateurs correspondants 330 et envoyés dans les conduits de gaz correspondants 301.
Pendant le fonctionnement du groupe décrit, le charbon pulvérisé est amené aux brûleurs 41 et les gaz chauds de la combustion s'élèvent dans la chambre de combustion et passent par la sortie de gaz latérale 19 dans le parcours latéral 60, où ils circulent sur les faisceaux tubulaires du surchauffeur secondaire 155. La division des gaz chauds entre les par- ties 61a, 61b et 61c du parcours descendant 61 et la dérivation 67 dépend du réglage des vannes 200a, 200b et 200c, 202a et 202b. Les plaques déviatrices ou déflecteurs 79a, 79b et 79c servent à répartir les gaz chauds sur toute la profondeur des parties 61a, 61b, et 61c, respectivement, du parcours descendant. De ce dernier les gaz chauds descendent dans le prolongement 85 et dans le carneau 206 d'où ils passent dans la cheminée associée.
La vapeur engendrée dans les tubes qui garnissent les parois de la chambre de combustion 1 est séparée de l'eau qui l'entraîne dans le corps cylindrique de vapeur et d'eau 14, d'où la vapeur se rend par les tubes 52 dans le surchauffeur par rayonnement 47. De ce dernier la vapeur se rend par le conduit 101 dans le collecteur d'entrée 100 et de là par les tubes 103, 109 et 110 dans le collecteur 108, par les tubes 127 dans les collecteurs supérieurs tels que 125 et 126 associés aux tubes 121, 122, @
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123 et 124, de haut en bas par ces tubes dans les collecteurs 117, 118, 119 et 120 et de la par les tubes 139 dans les collecteurs d'entrée,
par exemple le collecteur 138 des surchauffeurs primaires 135 et 145. La vapeur circule dans les surchauffeurs primaires 135 et 145 couplés en parallèle, se rend par les conduits 150 dans le régularteur-modérateur de température de la vapeur 151 et ensuite par les conduits 152 dans le collecteur d'entrée 153 de l'unique surchauffeur secondaire 155 et passe finalement du surchauffeur par la conduite générale de vapeur 161 dans l'étage haute pression de la turbine associée.
La vapeur qui s'échappe de l'étage à haute pression ou d'un étage à une pression intermédiaire de la turbine à vapeur est envoyée dans le collecteur d'entrée 173 du réchauffeur primaire 170 et passe du collecteur de sortie de ce dernier par les tuyaux 175 dans le collecteur d'entrée du réchauffeur secondaire à convection 181, et de là dans le collecteur de sortie 185 de ce dernier d'où elle est ramenée à un étage à pression intermédiaire ou à l'étage basse pression de la turbine associée.
On a constaté que la température des gaz provenant de la combustion dans la chambre 1 n'est pas uniforme à l'entrée de la sortie des gaz 19. Bien que les gaz ne s'élèvent pas vers la région supérieure de la chambre de combustion en une masse non agitée, et que, en outre, les arches 12 et 20 provoquent un tourbillonnement au moins dans les couches avant et arrière des gaz, e+ bien que les gaz soient d'autre part soumis à des perturbatns lorsqu'il changent de direction dans la région supérieure de la chamb@e de combustion pu..
pénétrer dans la sortie de gaz 19, les températures au gaz dans les parties centrales du courant gazeux entre les parois latérales 5 et 6 à l'abord de la sortie de gaz sont néanmoins plus élevées que les températures des gaz dans les parties du courant gazeux plus rapprochées des parois latérales 5 et 6. La variation de la température des gaz entre les parois 5 et 6 à l'entrée de l'ouverture de sortie 19, au niveau où l'on doit trouver la température maximum des gaz, peut s'établir en quelque sorte comme c'est indiqué par la ligne continue 400 de la Fig.9 (a) où la température des gaz est portée en fonction de la distance de la paroi 6 et à la paroi 5.
Le groupe peut être conduit de telle façon que la température maximum des gaz indiquée sur la Fig. 9(a) peut être supérieure à la température maximum à laquelle il n'est pas dangereux, du point de vue de la température du métal, de permettre aux gaz de venir en contact avec le surchauffeur secondaire à convection 155. Cet état de choses est indiqué par la présence de parties de la courbe à la droite de la ligne en traits interrompus 401, représentant la température maximum compatible avec la protection du métal. Comme c'est représenté, une faible partie seulement de la pointe de la courbe de température se trouve à la droite de la ligne 401.
En vue de corriger cet état de choses, on actionne alors l'un des ventilateurs 330, ou tous les deux, pour retirer les gaz refroidis de l'un des carneaux 206 ou des deux et les envoyer à la boite à vent, et on règle la position des vannes 320 de telle façon que les gaz refroidis ne se rendent que dans la section centrale 313 de la boite à vent, qui peut être alimen- tée par l'un ou l'autre des ventilateurs ou tous les deux, et d'où les gaz sont déchargés par l'ouverture centrale 306.
Comme c'est indiqué sur la fige 9(a), en n'envoyant le gaz refroidi que dans le groupe central de luares en quantités appropriées, on aplanit la courbe de température des gaz à l'abord de la sortie 19, dans sa région centrale, comme c'est indiqué par la ligne 402, de telle sorte que la tempé@@ture des gaz ne dépasse pas le maximum désiré ; toutefois, aux pointsdu palier considéré où la tem- pérature des gaz est déjà inférieure au minimum uésiré, la température est pratiquement inaltérée.
D'autres sections de la boite à vent sont mises en service, si c'est nécessaire lorsque des régions plus étendues de la courbe de température se trouvent au-dessus du maximum désiré, comme par exemple en cas
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de fortes charges. En général, lorsque la charge augmente, les températures des gaz tendent à s'élever.
Fig.9 (b) montre la courbe de température 400 de la Fig. 9 (a) déplacée dans une nouvelle position 403, en cas de charge plus grande sur le groupe, et dans ces conditions, il sera nécessaire d'amener une plus grande quantité de gaz refroidis dans le groupe d'ouvertures central, partiellement à cause de la plus grande quantité de gaz de combustion frais à refroidir et partiellement.à cause de l'augmentation de température; et si la température dépasse alors le maximum dans une région plus large de la partie centrale du courant de gaz de combustion, on met en outre en service les sections 312 et 314 de la boite à vent qui flanquent immédiatement de chaque côté la section centrale 313 de la bôite à vent.
En en- voyant des quantités appropriées de gaz refroidis dans les trois groupes d'ouvertures 305, 306 et 307 par les trois sections de la boite à vent, on peut régler la température des gaz de telle façon que là où elle serait sans cela trop élevée elle descend à peu près au maximum désiré,comme c'est représenté par la ligne 404, alors que la température des gaz n'est pas réduite sur toute la distance entre les parois latérales 5 et 6.
Si la température des gaz venait à dépasser le maximum désiré dans une région encore plus large de la partie centrale du flux des gaz de combustion, les sections311 et 315 de la boite à vent seraient alors mises en service en outre des sections 312 à 314; enfin, dans le cas d'une bande de températures élevées encore plus large, les sections de boîte à vent 310 et 316 situées le plus à l'extérieur seront utilisées en plus des sections 311 à 315.
La recirculation des gaz ci-dessus décrite a pour effet de protéger le métal des tubes de la section 15@a du surchauffeur secondaire, mais elle n'emploie dans ce but qu'une quantité relativement faible de gaz refroidis. Les parties de la section de surchauffeur qui, sans cela, vien- draient en contact avec des gazà une température dépassant le maximum dé- s iré, viennent, lorsque la recirculation des gaz est appliquée, en contact avec des gaz dont la température a été abaissée jusqu'au maximum désiré, mais les gaz entrant en contact avec le restant de la section du surchauffeur ne sont pas refroidis ou ne le sont pas sensiblement. De cette façon, l'efficacité de la section du surchauffeur secondaire et en général des échangeurs de chaleur par cpnvection est maintenue.
Le rayonnement de la chaleur des gaz sur les parois latérales 5 et 6 dans la chambre de combustion n'est pas altérée ou n'est pas altéré sensiblement par l'addition des gaz remis en circulation, car en raison de l'opacité partielle de la masse contenue dans la chambre de combustion, c'est principalement l'état des couches de gaz latérales extérieures qui détermine le rayonnement vers ces parois latérales, et ces couches ne sont pas refroidies ou ne le sont que très peu par l'addition des gaz refroidis remis en circulation.
La recirculation des gaz refroidis de la manière décrite pour abaisser à peu près à un maximum désiré les températures des gaz dans la partie centrale du flux des gaz de combustion dont la température, sans cela, dépasserait le maximum désiré, peut être appliquée en premier lieu pour réduire ou empêcher les dépôts de scorie sur les surfaces d'échange de chaleur par convection; un tel réglage de la température des gaz empêchera aussi la surchauffe du métal des tubes.
La ligne 401 sur les figs. 9 (a) et(b) qui indiquait jusqu'ici la température maximum à laquel- le les gaz peuvent être admis à frapper la section 155 du surchauffeur secondaire sans risque de détériorer le métal des tubes de surchauffeur, peut actuellement être considérée comme indiquant non une température maximum du point de vue de la protection du métal, mais la température maximum à laquelle les gaz peuvent être admis à frapper la section 155 du surchauffeur secondaire-et à circuler sur les surfaces de convection subséquentes en vue de limiter ou d'éviter le dépôt de scorie à l'état visqueux.
Lorsque la température des gaz est abaissée de la manière décrite par l'addition de gaz refroidis aux gaz de combustion, la scorie en suspension dans les gaz est solidifée et par conséquent rendue apte à circuler sur les diverses
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surfaces absorbant la chai air. Généralement, la quantité de gaz refroi- dis à ajouter et le nombre de sections de la boite à vent à mettre en service, de la manière décrite précédemment à propos de la protection du métal, sont d'autant plus grands que la charge est plus élevée;
mais, en outre, la recirculation des gaz et le nombre de sections de boite à vent employées devront être augmentées, s'il est fait usage d'un combustible ayant une basse température de solidification de la scorie, attendu que cet emploi correspond à un déplacement de la ligne 401 vers la gauche, pour lequel une plus grande largeur et une plus grande profondeur de la courbe de température 400 se trouvent alors à la droite de cette ligne.
La solidification de la scorie est effectuée dans le procédé de recirculation des gaz décrit, par l'emploi d'une quantité relativement faible seulement de gaz refroidis, et en maintenant l'efficacité maximum des surfaces d'échange de chaleur par convection.
On a supposé que la température maximum des gaz tend à se produi- re à égales distances des parois latérales, mais il est possible, par exemple si pour une raison ou l'autre, le chauffage de la chambre de combustion est effectué asymétriquement, que la température la plus élevée des gaz tende à se produire ailleurs qu'au milieu entre les parois latérales. A l'aide de la boîte à vent sectionnée décrite 300 on peut ajouter des gaz de refroidissement dans la région appropriée du flux de gaz de combustion ou les répartir convenablement en travers de cette région pour réduire les températures excessives des gaz.
Dans la variante représentée sur les Figs. 11, 12 (a), 12(b) et 12(c),les tubes 10 qui garnissent la paroi avant 3 de la chambre de combustion dans la partie supérieure de celle-ci sont uniformément espacés sur la paroi, par exemple avec un pas égal au double du diamètre du tube.
La boite à vent 350 à la même largeur et la même hauteur que la boîte à vent 300 décrite précédemment, et elle est placée d'une manière semblable, mais elle n'est pas divisée en sections et les gaz refroidis venant par les conduits de gaz 301 raccordés aux deux extrémités de la boîte à vent peuvent circuler librement par toutes les ouvertures 352. Celles-ci sont formées dans la plupart des cas par les intervalles entre des plaques verticales latérales 354 soudées aux c8tés des tubes, mais lorsqu'il s'agit d'une ouverture ou d'un groupe d'ouvertures sur la ligne centrale ou près de la ligne centrale de la paroi, ces plaques sont supprimées.
Les largeurs des plaques sont telles que près des extrémités de la boite à vent les ouvertires sont les plus étroites (voir Fig. 12(a)) et à mesure qu'on se rapproche alors de l'axe central de la paroi, la largeur des ouvertures augmente (voir Fig. 12(b)), jusqu'à ce qu'aux endroits les plus éloignés des extrémités de la bôite à vent les plaques soient omises (voir Fig. 12(c)) comme il a été dit.
Au moyen de cette disposition, les gaz refroidis amenés dans la boîte à vent seront déchargés dans le courant des gaz de combustion, suivant les largeurs des ouvertures,dans la plus grande mesure dans une région adjacente à la ligne centrale de la paroi, où les ouvertures présentent la largeur la plus grande, dans une mesure moindre entre cette région et les extrémités de la boîte à vent, où les ouvertures ont une largeur plus petite, et dans la plus faible mesure à proximité des extrémités de la boîte à vent, où les ouvertures présentent la largeur minimum.
Lorsque seule la partie la plus centrale du courant des gaz de combustion terd à prendre une température dépassant le maximum désiré, il ne faut qu'unefaible quantité de gaz refroidis pour assurer le refroidissement, et dans ce but il suffit de n'établir dans la boite à vent qu'un faible excès de pression; par conséquent, il ne pénètre dans la cham- bre de combustion par les ouvertures extérieures de largeur réduite que de faibles quantités de gaz qui sont insuffisantes pour avoir une action refroidissante appréciable sur les gaz de combustion qui sont déjà à une tem-
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pérature inférieure au maximum désiré.
La manière dont la largeur des ouvertures, dans une installatiôn particulière, augmente depuis les ouvertures extérieures jusqu'à l'ouverture centrale ou au groupe d'ouvertures centrales, peut être déterminée par des essais, de même que la quantité de gaz à remettre en circulation à chaque charge et suivant la,nature du charbon à brûler.
Pendant le fonctionnement du groupe générateur suivant les Figs. 1 à 8, les températures de surchauffe et de rechauffe peuvent être réglées par le réglage de la quantité de gaz passant par la dérivation 67 au moyen des vannes 202a, 202b et la température de rechauffe peut être réglée par la manoeuvre des vannes 200a, 200b et 200c pour régler la répartition des gaz entre les parties latérales couplées en parallèle 61a et 61c du parcours descendant 61 d'une part et la partie centrale 61b d'autre part. Un réglage effectif rapide de la température de surchauffe peut aussi être effectué au moyen du régulateur-modérateur 151.
La recirculation des gaz refroidis par la boîte à vent 300 permet d'assurer un réglage additionnel en fonction des températures de la vapeur. L'addition de gaz refroidis dans la partie centrale du courant des gaz de combustion pénétrant dans la sortie de gaz 19 provoque un abaissement de la température des gaz circulant sur les surfaces du réchauffeur qui se trouvent au centre de l'un des trois passages de gaz couplés en parallèle.
Les gaz refroidis ne refroidissent pas ou ne refroidissent pas dans la même mesure, les parties latéralement extérieures du flux de gaz pénétrant dans la sortie de gaz 19 et aucune réduction de la température des gaz ou seulement une réduction beaucoup plus faible n'est appréciable dans les gaz qui frappent les sections de surchauffeur 137e et 147e situées dans ceux des trois passages de gaz en parallèle disposés sur les côtés.
La quantité de gaz refroidis remis en circulation en vue de régler le rapport entre les températures de rechauffe et de surchauffe ne doit de préférence pas être ajoutée via les sections de boîte à vent 310 et 316 situées le plus à l'extérieur, car les gaz refroidis venant des groupes d'ouvertures correspondants 303 et 309 peuvent pénétrer facilement dans les sections de surchauffeur 137e et 147.e. De préférence, ces gaz ne seront amenés que par les trois sections les plus centrales 312 à 314 de la boite à vent.
Comme leurs quantités peuvent dépasser celle nécessaire pour aplatir la courbe des températures de gaz dans la région correspondante, la température dans cette région peut être abaissée; un abaissement de la température dans la région centrale du courant des gaz de com- bustion pénétrant dans la sortie des gaz 19, lorsque les trois sections centrales 312 à 314 seulement de la boite à vent sont en service, peut se produire comme c'est représenté sur la Fig. 10, où la pointe de la courbe des températures 400 est remplacée par un affaissement 405.
Figs. 13 et 14 représentent une variante du groupe des Figs.
1 à 8, où la chambre de combustion est divisée en deux chambres la et lb par une paroi séparatrice verticale 500 qui s'étend du sommet à la base de la chambre de combustion et s'étend dans la partie principale de celle-ci de la paroi avant 3 à la paroi arrière 4 et dans la partie supérieure de la paroi avant à l'arrière de la sortie de gaz 19, en divisant la section 157a du surchauffeur secondaire. La paroi séparatrice est constituée par des tubes vaporisants intimement rapprochés raccordés au système de circulation naturelle du corps cylindrique de vapeur et d'eau 14 et s'étendant entre des collecteurs supérieurs et inférieurs appropriés (non représentés)/ La moitié des brûleurs à combustible pulvérisé chauffe l'une des chambres de combustion et l'autre moitié chauffe l'autre chambre de combustion.
La paroi séparatrice est fermée sur la majeure partie de son étendue, mais sur une région 501 située en avant et en dessous de l'arche 20 les tubes constituants de rang impair sont cintrés à l'intérieur de la chambre de combustion la, tandis que les autres tubes constituants sont cintrés à l'intérieur
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de la chambre de combustion lb, de telle sorte que les gaz peuvent circuler de l'une à l'autre des chambres de combustion dans le cas où il se produi- rait une différence de pression entre elles.
Le chiffre de référence la désigne la chambre de combustion délimitée latéralement par la paroi latérale 5 et la paroi séparatrice
500 et le chiffre de référence lb désigne la chambre de combustion délimi- tée latéralement par la paroi séparatrice 500 et la paroi latérale 6.
Pour l'admission de gaz refroidis dans le courant de gaz de combustion dans les régions supérieures des chambres de combustion, on a prévu une boite à vent 600 qui se trouve dans la même position que la boite à vent 300 décrite avec référence aux Figs. 1 à 7, et qui est d'une manière similaire susceptible de conduire les gaz refroidis aux groupes d'ouvertures 302 espacées le long de la paroi avant 3 de la chambre de combustion, mais la subdivision en sections de la boite 600 diffère de celle de la boite 300.
On emploie huit sections de boite à vent 601 à 608 conjuguées avec des groupes d'ouvertures correspondants, dont les sec- tions 601 à 604 peuvent débiter dans la région supérieure de la chambre de combustion la des gaz refroidis venant de l'un des conduits de gaz 301, tandis que les sections 605 à 608 peuvent débiter dans la chambre de combustion lb des gaz refroidis venant de l'autre conduit de gaz 301, les conduits 301 étant destinés à recevoir les gaz des carneaux et ventila- teurs correspondants semblables aux carneaux 206 et aux ventilateurs330 de la Fig. 1. Les sections 601 et 608 de la boîte à vent sont celles qui sont adjacentes aux parois latérales correspondantes 5 et 6, mais les ouvertures par lesquelles elles peuvent débiter des gaz refroidis sont espacées de ces parois.
Les sections 602 et 607 sont disposées symétriquement par rapport aux lignes centrales correspondantes des chambres de combustion la et lb. La section 604 peut décharger des gaz refroidis par des ouvertures adjacentes à la paroi séparatrice 500 et la section 605 peut débiter des gaz refroidis par des ouvertures adjacentes à l'autre côté de cette paroi. Des vannes pouvant être actionnées séparément 620 associées respectivement aux sections 601 à 608 de la bôite à vent, sont prévues pour régler l'admission de gaz refroidis aux sections de boîte à vent.
La paroi séparatrice 600 forme une surface d'absorption de chaleur s'ajoutant à celle de la paroi avant 3, de la paroi arrière 4 et des parois latérales 5 et 6 de la chambre de combustion et pour la même allure du feu les gaz emportent moins de chaleur de la chambre de combustion que s'il n'y avait pas de paroi séparatrice. On a trouvé que la température des gaz à l'entrée de la sortie de gaz 19 n'est pas uniforme.
La température tend à être plus élevée à égales distances de la paroi latérale 5 et de la paroi séparatrice 500 ainsi qu'égales distances de celle-ci et de la paroi latérale 6 et elle peut s'établir à peu près comme le représente la ligne 700 sur la Fig. 15 (a), où la température des gaz à l'entrée de la sortie de gaz 19, à un niveau ou la température maximum est à présumer,est portée en fonction de la distance de la paroi 6 à la paroi 5.
Si le groupe générateur est conduit de façon que les températures maxima des gaz à proximité de la sortie 19 sont supérieures à la température maximum à laquelle on peut considérer qu'il n'y a pas de danger, du point de vue de la température du métal, à permettre aux gaz de venir frapper le surchauf- f eur secondaire à convection 157a, on peut alors, en remettant en circulation une quantité appropriée de gaz refroidis par les sections de la boite à vent qui débitent dans les parties centrales des régions supérieures des chambres de combustion, aplatir les pointes de la courbe de température et maintenir les gaz à une température de sécurité.
Par exemple,si la température maximum désirée est indiquée par la ligne 701, on peut, en remettant des gaz refroidis en circulation via les sections 602 et 607 de la boite à vent, dans la partie centrale des deux chambres de combustion, faire prendre à la courbe des températures l'allure de la ligne 702. Dàns d'autres cas, il peut être nécessaire de remettre les gaz en circulation
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via d'autres sections de boite à vent encore.
Par exemple, généralement lorsque la charge augmente, les températures de gaz tendent à s'élever, et alors, pour empêcher que la température des gaz ne dépasse la valeur de sécurité il peut être nécessaire, à la fois, d'envoyer une plus grande quantité de gaz refroidis via les sections de boîte à vent 602 et 607 et 'aussi d'envoyer des gaz refroidis via les sections de boite 601 et 603 immédiatement adjacentes à la section de boîte 602 et via les sections 606 et 608 immédiatement adjacentes à la section 607, en vue d'aplatir les parties alors plus larges et plus profondes de la courbe des températures à la droite de la ligne 701. L'aplatissement d'une pointe de température plus large et plus profonde a été exposé avec référence à la fig. 9 (b).
Alors que pour enlever les dépôts des parois latérales 5 et 6, on peut employer des ramoneurs rétractiles (non représentés), vu qu'on peut avoir accès à l'extérieur aux parois 5 et 6,1'emploi de ces dispositifs n'est pas possible pour la paroi séparatrice 500 et bien qu'on puisse disposer d'autres moyens il n'est pas interdit de permettre une variation de l'efficacité de la paroi séparatrice. Les dépôts sur celle-ci réduisent l'absorption de chaleur par cette paroi et les températures des gaz à l'entrée de la sortie des gaz 19 peuvent s'élever à proximité de la paroi séparatrice 500 en comparaison des températures à proximité des parois latérales 5 et 6, par exemple, comme c'est représenté sur la Fig. 15 (b), où chaque pointe de la courbe des températures est déplacée vers la paroi séparatrice.
Il peut alors être nécessaire d'envoyer des gaz refroidis sur un côté de la paroi séparatrice 500 via les sections de boite 602 et 603 et sur l'autre côté de cette paroi via les sections 606 et 607 au lieu de ne les envoyer que par la section 607 de la boîte à vent. Lorsque la charge à augmenté suffisamment, les gaz venant des régions adjacentes à la paroi séparatrice peuvent atteindre une température trop élevée et alors il peut être nécessaire d'envoyer des gaz refroidis par toutes les sections 601 à 608, c'est-à-dire y compris les sections de boite 604 et 605 adjacentes à la paroi séparatrice, en vue de faire tomber les températures de gaz à la température maximum désirée.
Lorsque ce n'est pas la protection du métal de la section de surchauffeur secondaire qui est requise en ordre principal, mais bien l'empêchement ou la réduction des dépôts de scorie qui pourraient sans cela se produire sur les surfaces chauffées par convection dans le cas où le chauffage est effectué à l'aide de charbons dont la cendre fond à basse température, les mêmes considérations sont applicables, la ligne¯ 701 servant à représenter la température maximum désirée du point de vue de la formation des dépôts de scorie.
En variante, on peut remettre en circulation des gaz refroidis dans le but de faire varier le rapport entre les températures de rechauffe et de surchauffe, et dans ce cas les gaz refroidis sont introduits en quan- tités désirées autant que possible par les sections de boîte à vent 604 et 605 situées le plus au centre du groupe générateur, et les sections 603 et 606 qui y sont immédiatement adjacentes, pour qu'il ne puisse se produire autant que possible aucun mélange ou seulement un mélange relativement faible de gaz refroidis avec les gaz frais destinés à se rendre dans ceux des trois passages de gaz couplés en parallèle qui se trouvent sur les côtés et où des sections de surchauffeur sont montées.
Par exemple, les températures des gaz peuvent être réduites dans la partie centrale de la chambre de combustion, de telle manière que la courbe de température des gaz affecte la forme 703 (voir Fig. 16).
La recirculation des gaz refroidis dans le courant des gaz de combustion d'un groupe générateur, surchauffeur et réchauffeur de vapeur de type tubulaire a été décrite avec référence au passage des gaz refroidis à travers l'une des parois de la chambre de combustion, mais il peut être avantageux d'envoyer des gaz refroidis à travers plus d'une paroi de la chambre dans le but de réduire les températures de gaz relativement élevées
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qui tendent à se produire dans certains parties du courant de gaz.
Lors- que, par exemple, une chambre de combustion est chauffée par des brûleurs se déchargeant de haut en bas et légèrement l'un vers l'autre par des arcs établis dans des parois opposées de la chambre de combustion, de telle sorte que les courants de gaz partant des deux séries de brûleurs suivent des trajectoires en forme de U et viennent, dans leur parcours de bas en haut,en contact les uns avec les autres en substance dans un plan paral- lèle à ces parois et à égales distances de ceux-ci, on peut envoyer utilement des gaz refroidis ajoutés par exemple à l'aide des boîtes à vent sec- tionnées correspondantes, à travers les quatre parois autour de la partie de la chambre de combustion où circule le courant de gaz combiné venant des deux séries de brûleurs,,
en vue de réduire les températures relativement élevées dans une partie du courant de gaz de combustion et protéger le métal ou empêcher le dépôt de scorie.
REVENDICATIONS.
1. - Procédé de conduite d'un groupe générateur, surchauffeur et réchauffeur de vapeur de type tubulaire, du genre possédant une section d'échangeur de chaleur par rayonnement comprenant des tubes qui garnissent les parois d'une chambre de combustion agencée pour être chauffée au moyen d'un combustible dont les flammes sont partiellement opaques, et une section d'échangeur de chaleur par convection agencée pour être chauffée par les gaz venant de la chambre de combustion, caractérisé en ce que des gaz de combustion refroidis par contact avec des surfaces de la section d'échangeur de chaleur par convection sont remis en circulation et mélangés aux gaz dans une partie centrale du courant des gaz de combustion allant à la section de convection, en vue de réduire la température relativement élevée des gaz dans cette partie.
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IMPROVEMENTS IN THE GENERATOR UNITS, STEAM SUPERHEATERS AND IN THE CONDUCT OF THESE UNITS.
This invention relates to tubular-type steam generator, superheater and reheaters, as well as the conduct of such groups, of the type comprising a radiant heat exchange section comprising tubes which line the walls of an arranged combustion chamber. to be heated by a fuel whose flames are partially opaque and a convection heat exchange section arranged to be heated by the gases coming from the combustion chamber.
In steam generator and superheater groups intended to supply steam at high pressures and temperatures, the convection heating surfaces are advantageously set up to be heated by gases having high temperatures at their inlet. In the case of fireplaces heated with fuels such as coal or oil which give partially opaque flames, the radiation on the cooling tubes of the walls is limited and observation has shown that the walls receive radiant heat. layers of gas with a thickness limited to about four to ten feet (1.20 m to 3.00 m) depending on the opacity of the flame.
In a large combustion chamber having a significant cross section, the walls are therefore incapable of cooling a central core of combustion gases and as a result the maximum temperature of the gases in a central part of the flow of combustion gases going to the convection section is considerably higher than the gas temperatures prevailing in the region of the gas flow in the vicinity of the walls cooled by the circulation of a fluid.
It follows that the efficiency of the heating surfaces by convection is reduced, because if the maximum temperature of the gases at the entrance to the convection section is limited to that which poses no risk to the metal parts of the 'heat exchanger
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Their convection which comes into contact with the gases at maximum temperature, other parts of the heat exchanger come into contact with gases having temperatures below the maximum allowable temperature.
In addition, in the case of a group heated with a fuel whose ash has a too low melting temperature, the relatively high temperature in the central part of the gas stream is liable to give rise to large deposits of slag on the gas stream. the heat exchange surfaces in the vicinity of the inlet to the convection section. To reduce the temperature differences in the flow of the combustion gases, recourse has been had to a subdivision of the combustion chamber by a wall formed of vaporizing tubes, but this separating wall is difficult to clean and a noticeable temperature difference. remained from one part of the gas stream to the other.
An object of the invention is to provide an improved device for reducing the temperature in the central part of the stream of combustion gases circulating in a convection section. More specific aims are to obtain a more uniform temperature in the gas stream at the inlet of the convection section so as to be able to avoid or reduce the deposition of slag on the heat exchange surfaces. By convection in the vicinity of the entry of gases into the convection section, and to provide devices and a method for controlling the degree of heat exchange in a steam heater.
The present invention comprises the mode of operating a generator, superheater and steam heater of the tubular type of the kind comprising a section of heat exchanging by radiation which comprises tubes lining the walls of a combustion chamber arranged to be heated with a fuel whose flames are partially opaque, and a convection heat exchange section arranged to be heated by the gases coming from the combustion chamber, characterized in that the combustion gases cooled by contact with the surfaces of the convection section are recirculated and mixed with gases in a central part of the flue gas stream going to the convection section in order to reduce the relatively high temperature of the gases in this part.
The invention also includes a tubular-type steam generator, superheater and reheater having a combustion chamber with walls lined with vaporizing tubes, a convection section comprising steam heating surfaces and a device for heating the combustion chamber. with a fuel whose flames are partially opaque, characterized in that devices are provided for re-circulating gases cooled by their passage over the heating surfaces by convection and mixing them with gases in part of the gas stream combustion chamber going to the convection section.
The invention will be described below by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 is a longitudinal vertical section of a superheater and steam reheater generator group, along line 1-1 of FIG. 3 viewed in the direction indicated by the arrows;
Fig. 2 is a longitudinal vertical section of only part of the group shown in FIG. 1, along line II-II of FIG. 3;
Fig. 3 is a horizontal section along the line III-III of FIG. 1;
Fig. 4 is a horizontal section along the line IV-IV of FIG. 1;
Fig. 5 is a horizontal section taken along the line V V of FIG.
1;
Fig. 6 is a transverse vertical section along the line
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VI-VI of fig. 5;
Fig. 7 is a view on a larger scale of part of FIG.
3;
Fig. 8 is an elevational view of one of the openings in the front wall of the combustion chamber shown in FIG. 7;
Figs. 9 (a), 9 (b) and 10 are diagrams employed in the description of the operation;
Fig. 11 is a diagram showing in fragmentary horizontal sections another arrangement in the front wall of the combustion chamber of openings for discharging the cooled gases therein;
Figs. 12 (a), 12 (b) and 12 (c) are elevational views of some of the openings mentioned in connection with FIG.
He;
Figs. 13 and 14 show another variant of the group shown in FIGS. 1 to 8, lafig. 13 being a longitudinal vertical section of the upper part of this group on line XIII-XIII of FIG. 14 and 14 being a horizontal section of this variant along line XIV-XIV of FIG. 13, and
Figs. 15 (a), 15 (b) and 16 are diagrams used in demonstrating the operation of the latter group.
In figs. 1 to 7 of the drawings, a combustion chamber 1, elongated in the vertical direction, and of rectangular cross section, has a bottom in the form of a hopper 2, and its front 3, rear 4 and side 5 and 6 refractory walls are lined with vaporizing tubes, cooling the walls, closely spaced.
Thus, tubes 10, connected by their lower ends to an inlet manifold 11, line the front wall of the hopper 2 from the bottom and leave vertically approximately up to mid-height of the combustion chamber, where they are. bent inwards to form an arch 12, above which they return to the plane of the lower part of the front wall and continue to rise vertically to the sky 13 of the combustion chamber, which they pass through to be connected by their upper ends to a cylindrical body of steam and water 14.
Tubes 17 connected at their ends to an inlet manifold 18 line the rear wall of the bottom hopper 2 and rise from this point vertically to a level above that of the arch 12 and below that of a lateral gas outlet 19 of the combustion chamber, where the odd-numbered tubes, designated by 17a, are bent forward towards the wall 3 to form an arch 20 which extends over the entire width of the combustion chamber and extends approximately by an amount equal to a quarter of the depth of this chamber towards the front wall.
The other tubes 17 designated by 17b rise vertically to the sky 13, where they are bent towards the front of the combustion chamber to go towards the front wall 3 and through it, lining the sky 13 , and are connected by their upper ends to the cylindrical body of steam and water 14. Above the arch 20 the odd-row tubes designated by 17 aa of the series of tubes 17a rise vertically towards the sky 13 , while the even row tubes of the series 17a designated by 17ab, are inclined from bottom to top towards the rear to form the upper surface 25 of the arch 20 and join the tubes 17b from which they rise vertically in two parallel rows of tubes suitably spaced towards the sky 13.
The tubes 17aa and 17ab, like the tubes 17b extend to and through the front wall 3, lining the canopy 13, and are connected at their upper ends to the water chamber of the cylindrical body of steam and water. water 14.
The side walls 5 and 6 are lined in the well-known manner by closely spaced vaporizing tubes 29 (see FIG. 3) connected by their lower and upper ends respectively to inlet and outlet manifolds (not shown). Outlet collectors
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are suitably connected by risers to the cylindrical steam and water body 14 and the inlet manifolds, as well as the manifolds
11 and 18, are supplied by suitable downpipes indicated 26, conveying water from the cylindrical body 14.
Burners 41 are arranged so as to deliver pulverized fuel and secondary air into the combustion chamber between the tubes which line the lower part of the front wall 3, below the arch 12.
Close to the front wall 3, in the recess 45 above the arch 12, there is a radiant superheater 47 comprising hairpin-shaped tubes 48 arranged in groups to form tubular trays or panels. 49, the elbows of which are located at the upper part and pass through the roof 13 of the combustion chamber, the lower ends of each tube 48 being connected one to an inlet manifold 50 and the other to a manifold of exit 51.
The inlet manifold
50 is connected to the vapor chamber of the cylindrical body 14 by tubes
52 arranged inside the recess 45 and placed on the face of the panels 49 facing the wall. @
A windbox 300 with a length equal to about 70% of the distance between the side walls 5 and 6 and a height equal to about half the height of the gas outlet 19 is arranged symmetrically with respect to the group center line outside the front wall
3 at a level such that it is opposite the lower half of the gas outlet 19.
The wind box is arranged to supply cooled gas, supplied to its two opposite ends by two gas conduits 301, which will be discussed later and discharged through openings 302 formed in the front wall 3 in a row extending across. of the central part of it. Each opening has approximately the height of the wind box and is formed by the forward and lateral displacement of one of the tubes 10 of the front wall and is located between two of the steam tubes 52.
The openings 302 are grouped in the row into seven groups of evenly spaced openings 303-309 of which the group 303 is closest to the side wall 5, the group 309 closest to the opposite side wall 6 and the group central 306 straddling the central line of the steam generator group. Each group of openings consists of two openings, as shown in fig. 7 for group 306 and groups 303 to 309 are served by the corresponding sections
310 to 316 into which the wind box is subdivided.
One of the two conduits 301 is intended to serve the three windbox sections closest to one end of the windbox and the other conduit 301 is intended to serve the three windbox sections. wind box closest to the other end of this box; the central section 313 of the wind box can be supplied by one or the other of the two connections 301 or by both. Butterfly valves 320, which can be operated separately, are provided to regulate the admission of cooled gases from conduits 301 to sections 310 through 316 of the windbox.
A lateral gas path 60 is located behind the gas outlet 19 and communicates at its rear end with a vertical descending path 61, a portion 62 of the posterior end of the path
60 being located above the descending course 61 over the entire width and practically over half the depth of the latter.
The refractory bottom of the part of the side gas path 50 which lies behind the plane of the rear wall 4 of the combustion chamber takes the form of a hopper and comprises two parts 65a and 65b located respectively on each side. side of the hopper and both inclined from top to bottom towards a transverse opening 66 formed by the upper end of a vertical bypass passage 67 located on the front side and s'
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extending over the entire width of the descending course 61.
Part 62 of the posterior end of the lateral gas path
60 and the entire downward path 61 are divided by vertical dividing walls 72 and 73 (see Figs. 3 and 6) to form three parallel gas passages extending respectively from a point above the branch 67 up to three lateral gas outlets 74a, 74b and 74c disposed at the lower end of the rear wall 75 of the descending path. This is thus divided into three parts 61a, 61b and 61c located respectively between the side wall 77 of the descending path 61 and the dividing wall.
72, between the dividing walls 72 and 73, and between the dividing wall
73 and the side wall 78 of the descending path 61.
Adjustable baffles 79a, 79b and 79c are attached to the wall 75 above the top of the opening 66, these baffles extending over all the widths of the sections.
61a, 61b and 61c of the gas path 61, respectively, and each of them having an upper surface inclined up and down inward.
A dividing wall 82 which serves as a front wall for the descending path
61 and extends, like the rear wall of the bypass 67, from top to bottom below the outlets 74a, 7412 and 74c to the bottom 84 of the descending path 61.
The bypass 67 is connected to an offset descending extension 85 of the descending route 61 by two galleries 86 passing through the central part 61b of the route 61 and the bottom 84 is established in the form of a series of hoppers arranged side by side across the width of the descending path, separate hoppers 90, 91, 92, 93 and 94 being combined respectively with the parts 61a, 61b and 61c of this path and the two galleries 86, each of these last two hoppers being extended laterally at its front end, such that together they cover the whole of the area located under the bypass 67. The lower ends of the bypass 67 and of the descending path 61 constitute gas turns disposed above the hoppers.
The walls and skies of the lateral gas path 60 and of the descending path 61 comprise steam heating tubes, serving to cool the walls. Thus, an inlet manifold 100 connected, by a suitable conduit indicated at 101, to the outlet manifold 51 of the radiant superheater 47 is disposed near the lower end of the rear wall 75 of the descending path 61 and of the tubes suitably. spaced apart 103 connected thereto rise vertically so as to line the rear wall 75 at the upper part of which they are bent forward to line the sky 105 of the descending path 61 and the sky 107 of the part of the gas path side 60 located behind the wall 4 of the combustion chamber, these tubes being bent from bottom to top near the plane of wall 4 to cross the sky 107,
above which they are connected to a manifold 108. Other tubes 109 extend horizontally across the descending path 61 from the inlet manifold 100 to the dividing wall 82 and then rise vertically to a point near the opening 66 to form together with a suitable refractory material the wall 82. At the opening 66 the odd-row tubes 109a extend vertically through the gas path 60 like a screen of tubes suitably spaced and across the sky 107 of this route, above which they are connected to the manifold 108.
The other tubes 109b of bundle 109 are bent back and tilted from bottom to top to help form part 65b of the bottom of the side gas path 60, the rear end of which they are bent from bottom to top and rise vertically in a screen of tubes spaced to and through the sky 105 of the descending path 61, above which they are connected to the manifold 108.
Still other tubes, indicated at 110, extend horizontally across branch 61 and across branch 67, from inlet manifold 100 to the front wall 111 of the branch, and rise upward. then vertically to line this wall up to the opening 66, above which the odd-numbered tubes
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110a are extended vertically across the side gas path 60 in the form of a row of suitably spaced tubes and through the sky 107, above which they are connected to manifold 108.
The other tubes or tubes of even row 110b of the bundle 110 are bent forward above the opening 66 to line the part 65a of the bottom of the lateral gas path 60, and, close to the plane of the wall 4 , they are bent from bottom to top to rise in a row of tubes spaced across side gas path 60 and through the sky 107, above which they are connected to manifold 108.
Parts of the tubes 109a and 110a above the opening 66 are covered with refractory material to define a vertical extension 67a of the bypass 67 leaving openings 115a, 115b between tubes 109a and 110a, respectively, to allow the fall. in the bypass of the dross falling on the parts 65b, 65a, respectively from the bottom of the lateral gas path 60.
The upper parts of the side walls 77 and 78, the dividing walls 72 and 73 and the side walls 116a, 116b of the bypass 67 are also provided with cooling tubes, where the steam is heated.
Thus, the collectors 117, Il $, 119 and 120 (see fig. 6) are arranged in the walls 77, 72, 73 and 78, respectively, a short distance above the level of the gas outlets 74a, 74b and. 74c, and tubes 121, 122, 123 and 124 rise vertically from the collectors 117, 118, 119 and 120, respectively, the tubes 121 and 124 serving to line the walls 77, 116a and 78, 116b, respectively, while the tubes 122,123 together with the refractory material constitute the walls 72 and 73. The tubes 121 and 124 which are conjugated with the front ends of the walls 77 and 78 and with the walls 116a, 116b, are more intimately close together other than the tubes conjugated with the rear ends of the walls 77 and 78 (see fig. 4);
and above the level of the opening 66 the closer tubes 121 and 124 diverge from each other in order to be able to line not only the side walls of the gas path 61 and the vertical extension 67a of the bypass, but also the whole side walls of the portion of the side gas path 60 located behind the plane of the wall 4 of the combustion chamber. At their upper ends, the groups of tubes 121, 122, 123 and 124 are connected to manifolds corresponding to manifolds 117, 118, 119 and 120, for example, manifolds 125 and 126 corresponding to manifolds 118, 119, respectively.
These four upper manifolds are connected by tubes such as 127 to manifold 108.
A primary convection superheater 135 is mounted in the part 61c of the descending path 61 and comprises sinuous tubes 136 arranged in three bundles 136a, 137b and 137c in the part of the descending path located below the level of the opening 66, l the lower end of each tube 136 being connected to an inlet manifold 138 placed in the front wall 111 of the bypass 67 and connected by tubes such as 139 to the manifolds 117, 118, 119 and 120.
Near the level of the opening 65, pairs of tubes 136 of odd row designated by 136a are bent from bottom to top near the dividing wall 82 and are arranged so as to be placed between the tubes 109b to help form part 65b of the bottom of the side gas path 60, at the rear end of which they are angled from bottom to top and extend in two rows of tubes spaced across the posterior end of the gas path 60 to and through the sky 105, above which they are bent in the opposite direction and enter the lateral gas path 60 to form part of a fourth tube bundle 137d of the primary superheater, arranged above the part 65b of the bottom.
The other tubes of bundle 136 i.e. even row tubes 136b are angled from bottom to top approximately halfway down the descending path 61 to rise vertically in two rows of tubes spaced to and through the sky 105, where they join the tubes 136a to form the remainder of the tube bundle 137d.
In the tube bundle 137d, the tubes 136 are arranged over the width of the path at a pitch equal to twice the pitch of the parts of the tube.
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Bundle tubes 137a, 137b and 137c, are bent in a sinuous shape such that each tube traverses the height of the side gas path several times and rises, at the front end of bundle 137d, vertically across the sky 107 where they are bent in the opposite direction to return to the gas path 60 above the bypass 67, these tubes being bent to form U-shaped tubes constituting a tube bundle 137e of the primary superheater. At the front end of the tube bundle 137c, the tubes 136 rise vertically through the sky 107 and are connected to an outlet header 140.
A second primary convection superheater 135; is mounted in the part 61a of the descending path 61 and comprises, like the superheater 135, sinuous tubes arranged so as to form bundles similar to the bundles 137a to 137e comprising the primary convection superheater 135. Two of these bundles 147d and 147e corresponding to the bundles 137d and 137e are shown in fig. 3 and two other beams 147a and 147b corresponding to the beams 137ā and 13712 are shown in FIG. 6.
The outlet header 140 of superheater 135 and the corresponding outlet header of superheater 145 are both connected by ducts 150 to a steam desuperheater 151, which may be of any suitable known type, and the steam outlet cooled desuperheater is connected by conduits 152 to manifold 153 serving as an inlet manifold to a secondary convection superheater 155 comprising serpentine tubes 156, each connected at one end to manifold 153.
The tubes 156 descend through the sky 107 and are bent in a sinuous shape such that they each traverse the side gas path several times in the height direction to form a first tube bundle 157a disposed in the portion of the path side gas 60 located above the arch 20 and between the rows of tubes 17aa and 17ab. At the rear end of the tube bundle 157a, the tubes 156 rise vertically through the sky 107 and are bent in the opposite direction to return to the gas path 60 above the part 65a of the bottom, where the tubes are. again bent in a sinuous shape to form a second tube bundle 157b disposed in the portion of the side gas path between the rows of tubes 110a and 110b.
The superheater tube bundles 157a and 157b both extend across the side gas path 60 the full width thereof, as clearly shown in FIG. 3. At the rear end of bundle 157b, the tubes 156 rise vertically through the sky 107 and are connected to an outlet manifold 160, itself connected by a general steam pipe indicated at 161 to the floor. high pressure of an associated turbine, not shown.
A primary convection heater 170 is mounted in the part 61b of the descending path 61 and comprises sine tubes 171 arranged in three bundles 172a, 172b and 172c in the part of the descending path located below the level of the opening 66, the lower end of each tube 171 being connected to an inlet manifold 173 disposed outside the rear wall 75 of the descending path.
At approximately the level of the opening 66, pairs of even row tubes of bundle 171 designated 171a, are bent upward near the dividing wall 82 and are arranged so as to be placed between the tubes 109b to help to form part 6512 of the bottom of the side gas path 60 at the rear end of which they are angled from bottom to top and extend in two rows of tubes suitably spaced across the rear end of the gas path 60 to and through the sky 105, above which they are connected to an output manifold 174.
The other tubes 171 i.e. even row tubes 171b are angled from bottom to top approximately halfway down the descending path 61 to rise vertically in two suitably spaced rows of tubes.
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placed to and through the sky 105, above which they are connected to the outlet manifold 174.
The outlet manifold 174 is connected by pipes 175 to the inlet manifold 180 of a secondary convection heater 181 comprising tubes 182, of which: the spacing in the transverse direction of the gas path 60 is equal to two times: about the spacing of the portions of the tubes 171 in the tube bundles 172a, 172b and 172c in the transverse direction of the path 61. Each tube 182 is connected at one end to the inlet manifold 180 from which it descends into the portion of the path. lateral gas path 60 located above the bypass 67, the tubes being bent in the opposite direction at their lower ends so as to form a tube bundle 183a.
At the rear end of the bundle 183a, the tubes 182 rise through the sky 107 and are bent in the opposite direction to return to the gas path 60 above the part 65b of the bottom, the tubes being bent in the opposite direction at their lower ends to form a second tube bundle 183b and return through the sky 107 above which they are connected to an outlet manifold 185. The inlet manifold 173 of the primary heater 170 is connected to the exhaust of a high pressure stage of the associated turbine, while the outlet manifold 185 of the secondary heater mounted in series 181 is connected to the inlet of an intermediate pressure stage of the associated turbine.
The division of the stream of hot gases coming from the combustion chamber 1 between the parts 61a, 61b and 61c of the descending path 61 and of the bypass 67 is controlled by the valves 200a, 200b and 200c respectively mounted in the gas outlets 74a, 74b and 74c and by valves 202a and 202b respectively established at the rear ends of the two galleries 86.
The off-set descending extension 85 of the descending path 61 contains three economiser sections 205a, 205b and 205c and communicates at its lower end with a flue 206. The flue is made of two parts, one on one side and the other of the other side of the combustion chamber shell, leading the cooled gases to the front of the foundation and first to an air heater (not shown) then to a cinder dust interceptor (not shown) and then to an induced draft fan (not shown) to discharge them into a chimney (not shown).
The cooled gases can be extracted from both parts of the flue 206 by corresponding fans 330 and sent to the corresponding gas conduits 301.
During the operation of the group described, the pulverized coal is supplied to the burners 41 and the hot combustion gases rise in the combustion chamber and pass through the side gas outlet 19 into the side path 60, where they circulate over the secondary superheater tube bundles 155. The division of the hot gases between parts 61a, 61b and 61c of the descending path 61 and the bypass 67 depends on the setting of the valves 200a, 200b and 200c, 202a and 202b. The deflector plates or deflectors 79a, 79b and 79c serve to distribute the hot gases over the entire depth of the parts 61a, 61b, and 61c, respectively, of the downward path. From the latter, the hot gases descend into the extension 85 and into the flue 206 from where they pass into the associated chimney.
The steam generated in the tubes which line the walls of the combustion chamber 1 is separated from the water which entrains it in the cylindrical body of steam and water 14, from where the steam passes through the tubes 52 into the superheater by radiation 47. From the latter the steam goes through the pipe 101 into the inlet manifold 100 and from there through the tubes 103, 109 and 110 into the manifold 108, through the tubes 127 in the upper manifolds such as 125 and 126 associated with tubes 121, 122, @
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123 and 124, from top to bottom by these tubes in the collectors 117, 118, 119 and 120 and from the by the tubes 139 in the inlet collectors,
for example the manifold 138 of the primary superheaters 135 and 145. The steam circulates in the primary superheaters 135 and 145 coupled in parallel, goes through the conduits 150 in the temperature regulator-moderator of the steam 151 and then through the conduits 152 in the inlet manifold 153 of the single secondary superheater 155 and finally passes from the superheater through the general steam line 161 into the high pressure stage of the associated turbine.
The steam which escapes from the high pressure stage or from an intermediate pressure stage of the steam turbine is sent to the inlet manifold 173 of the primary heater 170 and passes from the outlet manifold of the latter through pipes 175 in the inlet manifold of the secondary convection heater 181, and thence in the outlet manifold 185 of the latter from where it is returned to an intermediate pressure stage or to the low pressure stage of the turbine associated.
It has been found that the temperature of the gases coming from the combustion in the chamber 1 is not uniform at the inlet of the gas outlet 19. Although the gases do not rise towards the upper region of the combustion chamber. into an unstirred mass, and that, in addition, the arches 12 and 20 cause swirling at least in the front and rear layers of the gases, e + although the gases are on the other hand subjected to disturbances as they change. direction in the upper region of the combustion chamber pu ..
enter the gas outlet 19, the gas temperatures in the central parts of the gas stream between the side walls 5 and 6 at the approach to the gas outlet are nevertheless higher than the temperatures of the gases in the parts of the gas stream closer to the side walls 5 and 6. The variation in the temperature of the gases between the walls 5 and 6 at the inlet of the outlet opening 19, at the level where the maximum temperature of the gases is to be found, can s Establish as it is indicated by the solid line 400 of Fig. 9 (a) where the temperature of the gases is raised as a function of the distance from the wall 6 and to the wall 5.
The group can be operated in such a way that the maximum gas temperature indicated in Fig. 9 (a) may be higher than the maximum temperature at which it is not dangerous, from a metal temperature point of view, to allow the gases to come into contact with the secondary convection superheater 155. This state of affairs is indicated by the presence of parts of the curve to the right of the dashed line 401, representing the maximum temperature compatible with the protection of the metal. As shown, only a small portion of the tip of the temperature curve is to the right of line 401.
In order to correct this state of affairs, one then actuates one of the fans 330, or both, to remove the cooled gases from one of the flues 206 or both and send them to the windbox, and we adjusts the position of the valves 320 so that the cooled gases flow only to the central section 313 of the windbox, which may be supplied by either or both fans, and from where the gases are discharged through the central opening 306.
As shown in fig 9 (a), by sending the cooled gas only to the central group of luares in appropriate amounts, the temperature curve of the gases is flattened at the approach of outlet 19, in its central region, as indicated by line 402, such that the temperature of the gases does not exceed the desired maximum; however, at the points of the stage considered where the temperature of the gases is already below the minimum required, the temperature is practically unaltered.
Other sections of the windbox are put into service, if necessary when larger regions of the temperature curve are above the desired maximum, such as in case
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heavy loads. In general, as the load increases, the temperatures of the gases tend to rise.
Fig. 9 (b) shows the temperature curve 400 of Fig. 9 (a) moved to a new position 403, in the event of a greater load on the group, and under these conditions it will be necessary to bring a greater quantity of cooled gas into the central opening group, partly due to from the greater amount of fresh combustion gas to be cooled and partially. due to the increase in temperature; and if the temperature then exceeds the maximum in a wider region of the central part of the flue gas stream, the sections 312 and 314 of the blast box are further activated which immediately flank the central section 313 on either side. of the wind box.
By supplying suitable quantities of cooled gas into the three groups of openings 305, 306 and 307 through the three sections of the windbox, the temperature of the gases can be regulated such that where it would otherwise be too much. when high it drops to about the maximum desired, as shown by line 404, while the gas temperature is not reduced over the entire distance between side walls 5 and 6.
If the gas temperature were to exceed the desired maximum in an even wider region of the central part of the flue gas flow, then sections 311 and 315 of the blast box would be put into service in addition to sections 312 to 314; finally, for an even wider high temperature band, the outermost windbox sections 310 and 316 will be used in addition to sections 311 to 315.
The recirculation of the gases described above has the effect of protecting the metal of the tubes of the section 15 @ a of the secondary superheater, but it employs only a relatively small amount of cooled gas for this purpose. The parts of the superheater section which would otherwise come into contact with gases at a temperature exceeding the desired maximum, come, when gas recirculation is applied, in contact with gases the temperature of which has been lowered to the desired maximum, but the gases coming into contact with the remainder of the superheater section are not cooled or not significantly cooled. In this way, the efficiency of the secondary superheater section and in general of the convection heat exchangers is maintained.
The heat radiation of the gases on the side walls 5 and 6 in the combustion chamber is not altered or is not significantly altered by the addition of the recirculated gases, because due to the partial opacity of the mass contained in the combustion chamber, it is mainly the state of the outer side gas layers which determines the radiation towards these side walls, and these layers are not cooled or are only cooled very little by the addition of recirculated cooled gas.
Recirculation of the gases cooled in the manner described to lower to approximately a desired maximum the temperatures of the gases in the central portion of the flue gas stream the temperature of which would otherwise exceed the desired maximum may be applied in the first place. to reduce or prevent slag deposits on convection heat exchange surfaces; such adjustment of the gas temperature will also prevent overheating of the metal in the tubes.
Line 401 in figs. 9 (a) and (b) which hitherto indicated the maximum temperature at which gases can be allowed to strike section 155 of the secondary superheater without risk of damaging the metal of the superheater tubes, can currently be considered as indicating not a maximum temperature from the point of view of metal protection, but the maximum temperature at which gases can be allowed to strike section 155 of the secondary superheater - and to flow over subsequent convection surfaces with a view to limiting or avoid the deposition of slag in a viscous state.
When the temperature of the gases is lowered in the manner described by the addition of cooled gases to the combustion gases, the slag suspended in the gases is solidified and therefore made suitable for circulation on the various
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surfaces absorbing air chai. Generally, the quantity of cooled gas to be added and the number of sections of the windbox to be put into service, as previously described in connection with the protection of the metal, are the greater the greater the load. high;
but, in addition, the recirculation of the gases and the number of windbox sections used must be increased, if a fuel having a low slag solidification temperature is used, since this use corresponds to a displacement of the line 401 to the left, for which a greater width and a greater depth of the temperature curve 400 are then to the right of this line.
The solidification of the slag is effected in the gas recirculation process described, by using only a relatively small amount of cooled gas, and by maintaining the maximum efficiency of the convective heat exchange surfaces.
It has been assumed that the maximum gas temperature tends to occur at equal distances from the side walls, but it is possible, for example if for some reason the heating of the combustion chamber is carried out asymmetrically, that the highest gas temperature tends to occur elsewhere than in the middle between the side walls. Using the disclosed sectioned windbox 300, cooling gases can be added to the appropriate region of the flue gas stream or properly distributed across this region to reduce excessive gas temperatures.
In the variant shown in Figs. 11, 12 (a), 12 (b) and 12 (c), the tubes 10 which line the front wall 3 of the combustion chamber in the upper part thereof are evenly spaced on the wall, for example with a not equal to twice the diameter of the tube.
The windbox 350 is the same width and height as the previously described windbox 300, and is placed in a similar fashion, but it is not divided into sections and the cooled gases coming through the ducts. gas 301 connected to both ends of the wind box can flow freely through all openings 352. These are formed in most cases by the gaps between side vertical plates 354 welded to the sides of the tubes, but when they are 'is an opening or a group of openings on the center line or near the center line of the wall, these plates are removed.
The widths of the plates are such that near the ends of the windbox the openings are narrowest (see Fig. 12 (a)) and as one gets closer to the central axis of the wall the width of the openings increases (see Fig. 12 (b)), until at the places furthest from the ends of the windbox the plates are omitted (see Fig. 12 (c)) as mentioned.
By means of this arrangement, the cooled gases supplied to the blast box will be discharged into the flue gas stream, depending on the widths of the openings, to the greatest extent in a region adjacent to the center line of the wall, where the openings have the largest width, to a lesser extent between this region and the ends of the windbox, where the openings have a smaller width, and to the smallest extent near the ends of the windbox, where the openings have the minimum width.
When only the most central part of the flue gas stream fails to take a temperature exceeding the desired maximum, only a small amount of cooled gas is needed to provide cooling, and for this purpose it is sufficient to establish in the wind box only a slight excess of pressure; consequently, only small quantities of gas enter the combustion chamber through the outer openings of reduced width which are insufficient to have an appreciable cooling action on the combustion gases which are already at a temperature.
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temperature below the desired maximum.
How the width of the openings, in a particular installation, increases from the exterior openings to the central opening or group of central openings, can be determined by testing, as can the amount of gas to be reconditioned. circulation at each load and according to the nature of the coal to be burned.
During the operation of the generator group according to Figs. 1 to 8, the overheating and reheating temperatures can be regulated by adjusting the quantity of gas passing through bypass 67 by means of valves 202a, 202b and the reheating temperature can be regulated by operating valves 200a, 200b and 200c to adjust the distribution of the gases between the side parts 61a and 61c coupled in parallel with the descending path 61 on the one hand and the central part 61b on the other hand. A quick effective adjustment of the superheat temperature can also be carried out by means of the regulator-moderator 151.
The recirculation of the gases cooled by the wind box 300 makes it possible to ensure additional adjustment as a function of the temperatures of the steam. The addition of cooled gases to the central part of the flue gas stream entering the gas outlet 19 causes a lowering of the temperature of the gases flowing over the surfaces of the heater which are in the center of one of the three passages of the heater. gases coupled in parallel.
The cooled gases do not cool or cool to the same extent, the laterally outer parts of the gas flow entering the gas outlet 19 and no reduction in the temperature of the gases or only a much smaller reduction is appreciable in the gases which strike the superheater sections 137th and 147th located in those of the three gas passages in parallel arranged on the sides.
The amount of recirculated cooled gas to adjust the ratio of reheat and superheat temperatures should preferably not be added through the outermost windbox sections 310 and 316, as the gases cooled from the corresponding aperture groups 303 and 309 can easily enter superheater sections 137e and 147.e. Preferably, these gases will only be supplied by the three most central sections 312 to 314 of the wind box.
Since their amounts may exceed that necessary to flatten the curve of gas temperatures in the corresponding region, the temperature in this region may be lowered; a lowering of the temperature in the central region of the flue gas stream entering the gas outlet 19, when only three central sections 312 to 314 of the blast box are in use, may occur as is shown in FIG. 10, where the tip of the temperature curve 400 is replaced by a sag 405.
Figs. 13 and 14 show a variant of the group of Figs.
1 to 8, where the combustion chamber is divided into two chambers 1a and 1b by a vertical dividing wall 500 which extends from the top to the base of the combustion chamber and extends into the main part thereof from the front wall 3 to the rear wall 4 and in the upper part of the front wall to the rear of the gas outlet 19, dividing the section 157a of the secondary superheater. The dividing wall is formed by closely spaced vaporizing tubes connected to the natural circulation system of the cylindrical body of steam and water 14 and extending between appropriate upper and lower manifolds (not shown) / Half of the pulverized fuel burners heats one of the combustion chambers and the other half heats the other combustion chamber.
The dividing wall is closed over most of its extent, but on a region 501 situated in front of and below the arch 20 the constituent tubes of odd rank are bent inside the combustion chamber 1a, while the other constituent tubes are bent inside
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of the combustion chamber 1b, so that the gases can flow from one of the combustion chambers to the other in the event that there is a pressure difference between them.
The reference numeral la denotes the combustion chamber delimited laterally by the side wall 5 and the dividing wall
500 and the reference numeral lb designates the combustion chamber delimited laterally by the dividing wall 500 and the side wall 6.
For the admission of cooled gas into the combustion gas stream in the upper regions of the combustion chambers, a blast box 600 is provided which is in the same position as the blast box 300 described with reference to Figs. 1 to 7, and which is similarly capable of conducting the cooled gases to the groups of openings 302 spaced along the front wall 3 of the combustion chamber, but the subdivision into sections of the box 600 differs from that from the box 300.
Eight windbox sections 601 to 608 are used, combined with corresponding groups of openings, the sections 601 to 604 of which can deliver cooled gases from one of the ducts to the upper region of the combustion chamber. gas 301, while sections 605 to 608 can deliver cooled gases from the other gas duct 301 into the combustion chamber lb, the ducts 301 being intended to receive the gases from the corresponding flues and ventilators similar to flues 206 and fans 330 of FIG. 1. Sections 601 and 608 of the windbox are those which are adjacent to corresponding side walls 5 and 6, but the openings through which they can deliver cooled gases are spaced from these walls.
Sections 602 and 607 are arranged symmetrically with respect to the corresponding center lines of combustion chambers 1a and 1b. Section 604 can discharge cooled gases through openings adjacent to partition wall 500 and section 605 can discharge cooled gases through openings adjacent to the other side of this wall. Separately operable valves 620 associated with sections 601 to 608 of the windbox, respectively, are provided to regulate the admission of cooled gas to the windbox sections.
The dividing wall 600 forms a heat absorption surface in addition to that of the front wall 3, of the rear wall 4 and of the side walls 5 and 6 of the combustion chamber and for the same rate of fire the gases carry away less heat from the combustion chamber than if there were no dividing wall. It has been found that the temperature of the gases at the inlet of the gas outlet 19 is not uniform.
The temperature tends to be higher at equal distances from side wall 5 and partition wall 500 as well as equal distances therefrom and side wall 6 and it can settle roughly as shown in the line. 700 in FIG. 15 (a), where the temperature of the gases at the inlet of the gas outlet 19, to a level where the maximum temperature is to be assumed, is raised as a function of the distance from the wall 6 to the wall 5.
If the generator set is operated so that the maximum gas temperatures near outlet 19 are higher than the maximum temperature at which it can be considered that there is no danger, from the point of view of the temperature of the metal, to allow the gases to strike the secondary convection superheater 157a, then, by recirculating an appropriate quantity of gas cooled by the sections of the windbox which flow into the central parts of the upper regions combustion chambers, flatten the peaks of the temperature curve and keep the gases at a safe temperature.
For example, if the desired maximum temperature is indicated by line 701, it is possible, by re-circulating cooled gases via sections 602 and 607 of the windbox, in the central part of the two combustion chambers, make take the temperature curve the appearance of line 702. In other cases, it may be necessary to recirculate the throttle
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via other windbox sections as well.
For example, generally as the load increases, the gas temperatures tend to rise, and then, to prevent the gas temperature from exceeding the safety value it may be necessary, at the same time, to send a larger quantity of gas cooled via the blast box sections 602 and 607 and also to send cooled gases via the box sections 601 and 603 immediately adjacent to the box section 602 and via the sections 606 and 608 immediately adjacent to the section 607, in order to flatten the then wider and deeper parts of the temperature curve to the right of line 701. The flattening of a larger and deeper temperature peak has been discussed with reference to fig. 9 (b).
While to remove deposits from sidewalls 5 and 6, retractable chimney sweeps (not shown) can be used, since walls 5 and 6 can be accessed from the outside, the use of these devices is not necessary. not possible for the dividing wall 500 and although other means may be available, it is not prohibited to allow a variation in the efficiency of the dividing wall. The deposits thereon reduce the absorption of heat by this wall and the temperatures of the gases at the inlet of the gas outlet 19 may rise near the dividing wall 500 in comparison with the temperatures near the side walls. 5 and 6, for example, as shown in FIG. 15 (b), where each point of the temperature curve is moved towards the dividing wall.
It may then be necessary to send cooled gases to one side of the separator wall 500 via box sections 602 and 603 and to the other side of this wall via sections 606 and 607 instead of only sending them by. section 607 of the windbox. When the load has increased sufficiently, the gases coming from the regions adjacent to the dividing wall may reach too high a temperature and then it may be necessary to send gases cooled through all sections 601 to 608, i.e. including box sections 604 and 605 adjacent to the divider wall, in order to drop gas temperatures to the maximum desired temperature.
When it is not the protection of the metal of the secondary superheater section that is required in the main order, but the prevention or reduction of slag deposits which might otherwise occur on the surfaces heated by convection in the case of where the heating is carried out using coals whose ash melts at low temperature, the same considerations apply, line 701 serving to represent the maximum temperature desired from the point of view of the formation of slag deposits.
Alternatively, cooled gases can be recirculated for the purpose of varying the ratio of reheat and superheat temperatures, and in this case the cooled gases are introduced in desired amounts as much as possible through the box sections. 604 and 605 located most centrally located in the generator set, and sections 603 and 606 immediately adjacent thereto, so that no mixing or only a relatively weak mixing of cooled gases with the fresh gases intended to flow into those of the three gas passages coupled in parallel which are on the sides and where the superheater sections are fitted.
For example, the gas temperatures can be reduced in the central part of the combustion chamber, so that the gas temperature curve affects the form 703 (see Fig. 16).
The recirculation of cooled gases into the flue gas stream of a tubular type steam generator, superheater and reheater has been described with reference to the passage of the cooled gases through one of the walls of the combustion chamber, but it may be advantageous to send cooled gases through more than one wall of the chamber in order to reduce relatively high gas temperatures
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which tend to occur in parts of the gas stream.
When, for example, a combustion chamber is heated by burners discharging from top to bottom and slightly towards each other by arcs established in opposing walls of the combustion chamber, such that the Gas streams from the two series of burners follow U-shaped paths and, in their path from bottom to top, come into contact with each other substantially in a plane parallel to these walls and at equal distances of These, added cooled gases can usefully be sent, for example by means of the corresponding sectioned wind boxes, through the four walls around the part of the combustion chamber where the combined gas stream from the combustion chambers circulates. two series of burners,
in order to reduce the relatively high temperatures in a part of the flue gas stream and to protect the metal or prevent the deposition of slag.
CLAIMS.
1. - A method of operating a generator, superheater and steam heater of the tubular type, of the type having a radiant heat exchanger section comprising tubes which line the walls of a combustion chamber designed to be heated by means of a fuel whose flames are partially opaque, and a convection heat exchanger section arranged to be heated by the gases coming from the combustion chamber, characterized in that the combustion gases cooled by contact with Surfaces of the convection heat exchanger section are recirculated and mixed with the gases in a central portion of the flue gas stream going to the convection section, in order to reduce the relatively high temperature of the gases therein.