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Cette inventionconcerne les générateurs de vapeur uubulaires du genre comportant un corps cylindrique de vapeur et de liquide auquel les extrémités supérieures des tubes vaporisants sont reliées, des tubes ou co- lonnes de desce ros ion chauffés ou pratiquement non chauffés reliant, la chambre de liquide du corps cyliidrique aux ex@rémitésinférieures des tubes vaporisants et un. compantimelafermé à l'intérieur du corps cylindrique pour recevoir les décharges des cubes vaporisants et les diriger dais un sépara- teur centrifuge dstiné à séparer le liquide de la vapeur et à décharger le liquide séparé dans la chambre de liquide et la vapeur dans la chambre de vapeur du corps cylindrique.
L'invention est particulièrement intéressante pour les générateurs de vapeur à haute pression.
L'invention peut être appliquée, par exemple, à un groupe géné- rateur etsurchauffeur de vapeur où la pression de fonctionment dépasse une pression de 2000 livres par pouce carré (140 kg/cm) et/ou dans lequel une forte proportion de la chaleur est absorbée pour la surchauffe de la vapeur à haute pression et la réchauffe de la vapeur à basse pression. L'invention est particulièrement avantageuse lorsque l'eau d'alimentation du groupe est amenée à une température sensiblement inférieure à la température de la vapeur saturée correspondant à la pression de vapeur du fonctionnement..
L'invention est spécialement avantageuse dans le type décrit de générateur de vapeur à circulation naturelle lorsque les éléments tubulaires à absorption de chaleur de différents parcours circulatoires sont aménagés de telle façon et soumis à de telles différences de chauffage qu'il est essentiel d'avoir le maximum de pression de circulation thermo-syphonique.
L'emploi de l'invention permet d'obtenir un groupe générateur et surchauffeur de vapeur à circulation naturelle, travaillant à une pression atteignant 2700 livres par pouce carré (190 kg/cm2) avec une circulation thermo-syphonique qui fait. circuler à une allure optimum les mélanges de vapeur et d'eau dans des tubes à absorption de chaleur fortement chauffés de la chambra de combustion.
L'invention procure une installation dans laquelle le liquide d'alimentation, introduit dans le système circulatoire d'un générateur de vapeur à une température notablement inférieure à la température de satu- ravion est rapidement amené à la température de la vapeur saturée correspondant à la pression dans la zone d'introduction, de telle sorte que lorsque le mélange de liquide remis en circulation et le liquide d'appoint circule du corps cylindrique de vapeur et de liquide aux colonnes descendantes ou aux conduits d'alimentation il se trouve à une température uniforme correspondant à la température de saturation à cette pression.
Les générateurs de vapeur modernes de grande capacité, particulièrement ceux du type à circulation naturelle ont fréquemment les parois de leur chambre de combustion garnies de tubes d'eau qui sont alimentés par un corps cylindrique de vapeur et d'eau placé haut et sont exposés à la chalaur de la chambre de combustion sur une étendue de 100pieds (30 mètres) par exemple ou davantage à des hauteurs inférieures à celle du corps cylindrique de vapeur et d'eau.
Lorsqu'on applique une telle constructionà un groupe générateur dont le corps cylindrique setrouve à une pression de 190 kg/cm2, la pression de l'eau aux extrémités inférieures des parties découvertes des tubes de paroi de la chambre de combustion dépasse de 22,5 livres par pouce carré (1,55 kg/cm2) la pression du corps cylindrique. Cet Le pression accrue donne une température de saturation de 680 F (360 C) qui ne dépasse que légèrement la température à laquelle l'eau est fournie à cette zone, et par conséquent, il suffit de fournir 3,06 Btu/livre d'eau (.1.700 calories par kg) pour amener l'eau à la température de saturation.
La vaporisation commence par conséquent à se produire dans les tubes de paroi de la chambre de combustion rapidement après que l'absorption de chaleur par ces tubes à débuté.
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L'invention procure ainsi une disposition particulièrementavantageuse pour l'introduction d'eau d'alimentation à une température de sursaturation dans le système circulatoire d'un groupe générateur et surchauffeur de vapeur à haute pression de grande capacité, de manière à obtenir une pression maximum de circulation thermo-syphonique.
Dans un générateur de vapeur ubulaire, à circulation naturelle, du genre spécifié, suivant la présente invention les dispositifs d'amenée du liquide d'alimentation sont agencés de façon à amener au compartiment et y mélanger au liquide e à la vapeur déchargés par les tubes vaporisants, du liquide d'alimentation fourni à une température inférieure à celle du liquide et de la vapeur déchargés, de telle sorte qu'avant son entrée dans la chambre de liquide du corps cylindrique le liquide d'alimentation est porté, par suite de la condensation de vapeur à la température de saturation ou approximativement à la température de saturation à la pression qui règne dans le corps cylindrique.
L'invention sera décrite ci-après, à titre d'exemple, avec référence aux dessins partiellement schématiques annexés, dans lesquels ;
Fig. 1 est une vue en coupe verticale longitudinale d'un groupe générateur et surchauffeur de vapeur,
Fig. 2 est une coupe transversale à une plus grande échelle que la fig. 1 du corps cylindrique de vapeur et d'eau représenté sur celle-ci, montrant les équipements à l'intérieur du corps cylindrique, particulièrement propres à l'invention;
Fig. 3 est une vue fragmentaire en coupe transversale d'un corps cylindrique de vapeur et d'eau, à l'endroit d'une forte colonne de descente, et
Fig. 4 montre à une plus grande échelle une partie de la fig. 2 représentant un des conduits d'eau d'alimentation.
Le groupe générateur et surchauffeur de vapeur de grande capacité à circulation naturelle,représenté sur le dessin, possède un système de circulation de fluide qui comprend un corps cylindrique supérieur de vapeur et d'eau 18, et une série de colonnes de descente d'eau, verticales extérieures, 42, reliées en des points espacés longitudinalement à la partie inférieure du corps cylindrique et à un collecteur de jonction inférieur transversal 82. L'enveloppe du groupe est allongée verticalement et une paroi avant verticale 11, des parois latérales 13 et une paroi arrière 15 délimitent cette enveloppe de section transversale horizontale rectangulaire.
Le collecteur de jonction 82 fournit l'eau à des tubes vaporisants verticaux 10 de la paroi arrière de la chambre de combustion, aux tubes 10' de la paroi avant et aux tubes 10" des parois latérales, ces tubes étant reliés par leurs extrémités inférieures au collecteur et par leurs extrémités supérieures au corps cylindrique de vapeur et d.'eau. En outre des tubes de parois, des -tubes d'alimentation 83 reliés au collecteur de jonction 82 fournissent de l'eau aux collecteurs inférieurs 84 des systèmes de refroidissement des parois des foyers cyclones 72 ev74 et des tubes de montée 85 et 86 partant du collecteur supérieur 87 de chaque foyer cyclone se déchargent dans le corps cylindrique de vapeur et d'eau 18.
Le groupe est chauffé par deux rangées verticales espacées de foyers cyclones brûlant du charbon 72 et 74 de construction semblable à celle représentée sur les figs. 3 à 9 du brevet n 465.146 de la Demanderesse. Les produits de la combustion s'échappent des foyers cyclones par des goulets divergents 102 dans une chambre de combustion secondaire 68 d'où la cendre en fusion séparée du combustible s'écoule par une ouverture du fond dans une fosse à scorie 80.
Les produits gazeux de la combustion circulent entre des tubes d'écran espacés 70 situés au-dessous de la chicane 66 et s'élèvent dans la chambre de combustion à rayonnement 12 pour pas-
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ser successivement de bas en haut dans le parcours de gaz 108 et de haut en bas dans un parcours descendant raccordé 110, les parcours étant sépa- rés par une chicane 128 formée par des tubes 104 partant de la paroi ar- rière 13 de bas en haut vers l'intérieur, les espaces entre les tubes étant fermés par de la matière réfractaire sauf à leurs extrémités supérieures.
Du parcours 110, les gaz passent par un conduit de raccordement 106 à un réchauffeur d'air tubulaire (non représenté) et ensuite par une cheminée dans l'atmosphère.
La vapeur saturée produite dans les tubes des parois et des chi- canes est envoyée dans le corps cylindrique de vapeur et d'eau 18, comme il sera décrit ci-après et elle est surchauffée par des surfaces chauffées par convection situées dans les parcours de gaz ascendant et descendant.
La surface de chauffe pour la réchauffe de la vapeur est également située dans ces parcours. La vapeur saturée circule dans des conduits 60 et 62 pour se rendre dans le collecteur d'entrée 152 du surchauffeur primaire Un surchauffeur primaire à contre-courants est placé dans le parcours de gaz 110 et comprend une série de tubes de surchauffeur espacés transver- salement et disposés en faisceaux superposés 140'à 145, la vapeur chauffée passant d'un collecteur de sortie 150 par un conduit de raccordenait 146 dans le collecteur d'entrée 122 d'un surchauffeur secondaire comprenant des faisceaux de tubes 112 à 116 dans le parcours de gaz ascendant 108, la vapeur surchauffée étant amenée d'un collecteur de sortie 120 à un point d'utilisation.
Un réchauffeur pour la vapeur à basse pression partiellement détendue d'une turbine est pourvu d'un collecteur d'entrée 132 à l'arrière du groupe et des tubes de raccordement 130 s'étendent en travers de l'extrémité supérieure du parcours de gaz 110 et autour des cavités formant le tournant des gaz au-dessus des deux parcours 108 et 110 pour se raccorder à un faisceau de tubes de réchauffeur 124 placés en travers de l'extrémité supérieure du'parcours de gaz 108 et entre les surchauffeurs primaire et secondaire montés dans le parcours de gaz.
Le faisceau tubulaire 124 est constitué par une série d'éléments à boucles multiples espacés transversalement et les éléments sont reliés alternativement à des collecteurs de sortie 125 et 126, respectivement, d'où la vapeur à basse pression surchauffée est ramenée aux étages à basse pression de la turbine pour s'y détendre.
Les extrémités supérieures des tubes vaporisants 10, 10', 10", 85, 86 et 104 s'oubrent dans le corps cyllndrique comme c'est indiqué sur la fig. 2, et sont agencées pour décharger des mélanges d'eau et de vapeur dans deux chambres 14 et 16 diamétralement opposées sur la périphérie et dans une section de raccordement courbe 30 de section transversal réduite, les chambres 14, 16 et 30 étant séparées de la partie centrale du corps cylindrique par une paroi intérieure non perforée faite de tôles 32 à 36 supportées par l'enveloppe du corps cylindrique au moyen d'équerres convenablement espacées 38, 39 et 40. Le compartiment périphérique formé par les chambres 14,
16 et 30 s'étend longitudinalement à peu près sur toute la longueur du corps cylindrique et est fermé à ses extrémités par des tôles de courbure correspondante. Des tôles horizontales 25 ferment les extrémités supérieures des chambres 14 et 16.
En outre du mélange de vapeur et d'eau déchargé par les tubes chauffés du foyer, l'eau d'alimentation destinée au groupe générateur est introduite à un débit correspondant à la décharge de vapeur du corps cylindrique par deux tuyaux de distribution d'eau d'alimentation 26 et 28 s'étendant longitudinalement. à l'intérieur du compartiment périphérique, ces tuyaux étant supportés par des consoles à la partie supérieure,des chambres latérales 14 et 16.
Les tuyaux 26 et 28 passent à travers la paroi du corps cylindrique de vapeur et d'eau 18 pour se raccorder à une source contrôlée d'eau d'alimentation à une pression appropriée et sont percés d'une série longitudinale de trous de diamètre relativement petit 26a et 28â s'ouvrant vers l'intérieur sous un angle de 30 degrés sur la verticale, de telle
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sorte que les jets d'eau qui en sortent frappent les ailes en regard de cornières ou chicanes 26b et 25b, comme la fig. 4 le montre pour le tuyau 28, et sont brisés pour former des courants dirigés de haut en bas vers l'intérieur de manière à activer le mélange intime de l'eau d'alimentation avec le mélange de vapeur et d'eau à la partie supérieure des chambres 14 et 16.
Par suite de ce mélange et de sonparcours subséquent dans les sé- parateurs centrifuges de vapeur et d'eau 20 et 22, comme c'est décrit, ci- après, l'eau d'alimentation est amenée a la température de la vapeur satu- rée correspondant approximativement à la pression dans le corps cylindrique 18, de telle sorte que la totalité de l'eau déchargée par les séparateurs dans la chambre d'eau centrale 44 se prouve à la température de saturation.
Le fluide qui pénètre dans les chambres 14, 16 et 30, en est, déchargé, comme c'est décrit, par deux rangées longitudinales de sépara- teurs cyclones de vapeur et d'eau disposés verticalement 20 et 22 qui sont du type représenté sur les figs. 17 à 19 du brevet n 434.096 de la Denan- deresse. Le mélange de vapeur et d'eau des chambres 14 et 16 pénètre dans les chambres de tourbillonnement des séparateurs 20 et 22 tangentiellement et une séparation centrifuge de vapeur et d'eau est effectuée suivant le fonctionnement bien connu de ces séparateurs.
L'eau séparée est déchargée de haut en bas du fond des séparateurs dans la chambre d'eau 44 à un niveau situé au-dessous du niveau normal de l'eau indiqué par la ligne 46, tandis que la vapeur séparée s'élève dans des épurateurs ou scrubbers à tôles on- dulées 52 et 54 disposés en travers de la partie supérieure des séparateurs individuels. La vapeur séparée est soumise à une séparation supplémentaire dans un dispositif jumelé de séparateurs à tôles ondulées 56 et 58 avant de s'échapper par les Tuyaux de décharge 60 et 62.
Dans le mode de chauffage décrit pour amener l'eau d'alimenta- tion de la température de sous-saturation à la température de saturation, la chaleur nécessaire est fournie par une certaine quantité de la vapeur provenant des mélanges sortant des tubes vaporisants chauffés par le foyer.
La quantité de vapeur venant des séparateurs 20 et, 22 et du corps cylindri- que pour se rendre dans le surchauffeur est par conséquent inférieure à celle qui se trouve dans le mélange amené aux chambres 14, 16 et 30 par les tubes chauffés du foyer, et inversement, la quantité d'eau déchargée du fond des séparateurs dans la chambre d'eau 44 sera supérieure à la quan- tité d'eau contenue dans les mélanges amenés aux chambres 14, 16 et 30 par les tubes chauffés au foyer. L'eau de la chambre 44 descend par une série de colonnes descendantes 42 espacées longitudinalement, qui sont reliées à la chambre d'eau 44 par des passages ménagés dans le compartiment périphé- rique formé par les tôles circulaires 31 concentriques aux extrémités su- périeures des colonnes descendantes, comme c'est représenté sur la fig. 3.
Le mode de fonctionnement avantageux obtenu par l'emploi de la disposition ci-dessus décrite pour l'introduction d'eau d'alimentation dans le système de circulation naturelle du générateur de vapeur sera décrit ci- après. Ainsi qu'on le sait, le mouvement circulatoire de l'eau depuis la chambre d'eau 44 du corps cylindrique de vapeur et d'eau comprenant la descen- te par les colonnes descendantes 42, le passage en série dans un collecteur de jonction tel que 82 et le retour de bas en haut par les tubes vaporisants établis dans les conditions propres à l'absorption de la chaleur du foyer, est fonction du rapport de la densité du fluide (eau) dans la partie à cir- culation descendante à la densité du fluide (un mélange d'eau et de vapeur) dans la partie à circulation ascendante.
Le mouvement sera d'autant plus grand que la différence entre les poids de colonnes semblables de fluides dans les deux parties sera plus grande et l'allure maximum du mouvement pour des conditions de fonctionnement données est obtenu suivant la présen- te invention par le fait qu'on amorce promptement la vaporisation lorsque le fluide est exposé à l'absorption de la chaleur du foyer et qu'on abaisse ainsi la densité du fluide dans les parties ascendantes du système circula- toire, comme c'est représenté par les tubes vaporisants 10, 10' et 10". On
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obtient ce résultat en faisant en sorte, par un préchauffage adéquat de
1-'-eau d'alimentation, que l'eau fournie, à la partie ascendante par la par- tie descendante soit sensiblement à la température de saturation correspon- dant à la pression à l'entrée de la partie ascendante.
Ainsi, la production de vapeur avec une réduction correspondante de la densité, résulte prompte- ment de l'absorption de la chaleur des gaz de combustion et la partie as- cendante qui reçoit la chaleur contient sur à peu près toute sa hauteur verticale un fluide à une densité inférieure à celle du fluide qui se trou- ve dans la partie descendante du circuit.
Jusqu'ici dans les groupes générateurs de vapeur possédant des colonnes descendantes non chauffées ou situées à l'extérieur, destinées à fournir l'eau d'un corps cylindrique de vapeur et d'eau supérieur aux extrémités inférieures de tubes absorbant de la chaleur, il était d'usage d'in- troduire l'eau d'alimentation directement à l'intérieur ou au-dessus de la chambre collectrice d'eau du corps cylindrique. Lorsque l'eau d'alimenta- tion introduite de cette manière se trouve à une température inférieure à la température de la vapeur saturée correspondant à la pression, il se produit une notable réduction de la température de l'eau circulant dans les colonnes de descente jusqu'à la rendre inférieure à la température de saturation.
Lorsque les colonnes descendantes ne sont soumises à aucun chauffage, l'eau circulant dans les tubes à circulation ascendante, tels que les tubes des parois du foyer, se trouve à une température sensiblement inférieu- re à la température correspondant à celle de la vapeur saturée à la pression existante. La chaleur absorbée par le fluide circulant dans les premières parties des tubes exposés à la chaleur est utilisée en premier lieu à élever la température de l'eau jusqu'à la température de saturation.
Dans certains de ces groupes générateurs de vapeur, l'eau ne peut pas atteindre la température de saturation avant d'avoir accompli un parcours vertical avec absorption de chaleur d'une longueur de 30 pieds (9 mètres), et une diminution effective de la densité dans la branche ascendante, par vaporisation d'une partie de l'eau, ne se produirait par conséquent pas au-dessous de ce niveau.
Des groupes du type considéré sont fréquemment proportionnés de telle façon que l'entrée aux tubes à courant ascendant exposés à la chaleur à la plus grande distance au-dessous du corps cylindrique de vapeur et d'eau se trouve à une distance pouvant atteindre 130 pieds (40 m.
environ) au-dessous du corps cylindrique, et l'absence de vaporisation différée dans les tubes à circulation ascendante par l'emploi du système de chauffage de l'alimentation suivant l'invention donne lieu à une hauteur de charge maximum pour la circulation thermo-syphonique, et constitue par conséquent un facteur imporcant de la disposition des circuits de circulation du fluide dans les chaudières à circulation naturelle destinées à fonctionner à de hautes pressions de vapeur, particulièrement à des pressions de 1500 livres/pouce carré (105 kg/cm2) et davantage avec une admission d'eau d'alimentation à une température notablement inférieure à la température de saturation correspondant à la pression de vapeur désirée.
REVENDICATIONS.
1. Générateur de vapeur tubulaire à circulation naturelle du genre spécifié, caractérisé en ce que les dispositifs d'admission du liquide d'alimentation sont aménagés pour amener et mélanger dans le comparti- ment de vapeur et de liquide déchargés par les tubes vaporisants, le liquide d'alimentation admis à une température inférieure à celle du liquide et de la vapeur déchargés, de telle sorte qu'avant son entrée dans la chambre de liquide du corps cylindrique, le liquide d'alimentation est porté par condensation de la vapeur à la température ou sensiblement à la température de saturation à la pression qui règne dans le corps cylindrique.