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La présente invention concerne un réchauffeur pour agent moteur gazeux de moteurs thermiques, en particulier un réchauffeur du type utilisé dans les installations de turbines à air où l'agent moteur est conduit, en un ou plusieurs étages de pression, en circuit fermé dans le réchauffeur, la turbine et le compresseur pour retourner au réchauffeur.
De tels réchauffeurs doivent avoir comme qualités : aussi peu que possible de pertes de pression dans le réchauffeur même et de consommation de matière pour la construction - ce qui signifie aussi l'emploi de matériaux peu onéreux - et une sécurité de fonctionnement aussi grande que possible.Aussi se trouve-t-on devant de nombreuses difficultés pour remplir ces conditions, lorsque le réchauffeur doit être chauffé au moyen de combustibles solides, particulièrement du poussier de charbon, du fait qu'une combustion satisfaisante du charbon nécessite l'utilisation de très hautes températures de combustion.
Ces difficultés ne concernent pas seulement les tubes du réchauffeur soumis aux plus hautes températures dans la chambre de combustion, mais aussi les tronçons de tubes montés à la suite de cette chambre, afin de pouvoir par absorption de chaleur, c'est-à-dire par rayonnement et contact, refroidir jusqu'à environ 400 C et moins les gaz de combustion, en réalisant ainsi une utilisation économique du combustible. Il faut ensuite effectuer le chauffage final de l'agent moteur dans les tubes du réchauffeur fermant les tronçons de contact. Ici, la matière de ces tubes est le moins bien refroidie du côté de l'agent moteur, bien que de l'autre côté elle soit encore soumise à de très hautes températures dans les gaz de combustion.
Aussi, est-il particulièrementimportant pour ces tubes qu'aucun de ceux-ci- considérés transversalement au courant des gaz de combustion -, ne soient soumis à des pointes de températures particulièrement élevées du courant des gaz de combustion et donc sollicités excessivement.
Suivant la présente invention, on réalise un tel réchauffeur par- ticulièrement avantageux, en utilisant une chambre de combustion verticale, dans laquelle le poussier combustible est insufflé à l'aide de brûleurs, avan- tageusement des brûleurs à tourbillon, près du ciel ou à travers le ciel de la chambre, celle-ci comportant dans le bas et d'un côté, plusieurs conduits ou canaux de sortie des gaz de combustion, conduisant à un second parcours ascendant, ces canaux ou conduits étant prévus près des parois latérales de la chambre de combustion.
Suivant la présente invention, on peut aussi insuffler le poussier combustible dans la chambre de combustion verticale, près ou à travers le fond de cette dernière qui doit alors comporter dans le haut ou d'un côté plusieurs conduits ou canaux de sortie des gaz de combustion conduisant à un parcours descendant, et prévus près des parois latérales de la chambre de combustion.
Dans les deux cas, on obtient que les couches marginales du courant de gaz de combustion traversant la chambre de combustion, et qui du fait de leur voisinage avec les parois des tubes réfrigérants sont refroidies plus intensément que le coeur du courant dans la chambre de combustion, soient obligées de se mélanger avec les couches se trouvant au coeur du courant de flammes, de façon à éviter dans une forte mesure des veines de chaleur dans le courant de gaz de combustion entrant en contact avec les surfaces de chauffage secondaires ou les surfaces de contact. Ce sont particulièrement les gaz cheminant au centre de la chambre de combustion qui sont divisés, et ces courants partiels sont poussés vers les couches arrivant des parois de la chambre perpendiculaires à la paroi comportant les conduits de sortie.
Suivant l'invention, ce mélange forcé ou cette égalisation de températures dans le courant des gaz de combustion, est encore intensifié en donnant à la chambre de combustion, vue transversalement au courant de flammes une section transversale allongée, et en montant les brûleurs en une ou plusieurs rangées parallèlement à un des grands cotés dans lesquels sont aménagés les conduits de sortie pour les gaz de combustion. Les couches perturbatrices marginales sont alors réduites devant les parois perpendiculaires à celle de sortie.
De plus, le courant de gaz de combustion au centre de la chambre diminue d'épaisseur et est élargi devant les surfaces de refroidissement plus larges des grands côtés, de sorte qu'elle est refroidie d'autant plus intensément que des quantités considérables de chaleur sont transmises par rayonne-
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ment aux surfaces de refroidissement.
D'autres détails seront décrits ci-après avec référence au dessin annexé montrant à titre d'exemple une forme de réalisation de l'invention.
La fig. 1 montre une coupe verticale d'un réchauffeur d'air com- primée la fig. 2 est une coupe verticale partielle suivant la ligne B-B de la fig. 3, la fig. 3 est une coupe horizontale partielle suivant la ligne A-A de la fig. 1. la fig. 4 montre à plus grande échelle une coupe partielle analogue à celle de la fige 3, et la fige 5 est une coupe semblable à la fig. 1 d'une variante du réchauffeur d'air comprimé.
Dans la chambre de combustion 1, le poussier combustible et 1' air de combustion pénètrent par les brûleurs 2 montés dans le ciel de la chambre. Ces brûleurs exécutés sous forme de brûleurs à tourbillonnement et avantageusement pourvus de dispositifs de réglage pour modifier le tourbillonnement ou la longueur des flammes, sont alimentés de poussier combustible par les tubulures 3 et d'air de combustion supplémentaire, ou air secondaire, par les tubulures 4. Le poussoir combustible brûle en un courant de flammes dirigé vers le bas.
Les gaz engendrés pendant la combustion pet par exemple refroidis à 1.000 C dans la chambre de combustion, passent par les ouvertures ou conduits 5 dans le parcours secondaire ascendant 25 et finalement dans le parcours tertiaire descendant 27, avant d'arriver par un réchauffeur d'air de combustion 6, dit de Ljumgström ou de régénération, à une température de par exemple 180 C, dans une installation d'aspiration ou une cheminée non représentée. L'air de combustion réchauffé par exemple à 400 C dans le réchauffeur 6, est amené par les conduites 7 aux brûleurs 2. Les tubes 9 du réchauffeur d'air comprimé, ou air moteur sont montés dans la chambre de combustion à une certaine distance des quatre parois 8 en matériaux réfractaires.
Ils aboutissent à un collecteur annulaire 10 entourant la chambre de combustion, ou à plusieurs tubes 10 répartis sur les parois, et reçoivent du compresseur l'air comprimé par exemple à 375 C. Les tubes 9 sont exposés direc- tenent au rayonnement de chaleur des flammes du poussier de charbon. Gomme ils sont écartés l'un de l'autre, une partie du rayonnement passe entre eux sur les parois de la chambre de combustion qui la renvoie sur la face postérieure des tubes. Pour équilibrer le mieux possible l'absorption de chaleur des faces postérieures des tubes et des faces antérieures, il faut prévoir un écartement convenable entre ces tubes.
D'autre part, en vue d'une absorption de chaleur uniforme proportionnelle de tous les tubes chauffés par rayonnement, il faut que l'écartement entre les tubes soit le plus grand là où ils sont soumis à un rayonnement moins intense des flammes, ou bien il faut réduire l'écartement là où les tubes sont exposés à un rayonnement plus intense des flammes Par conséquent l'écartement entre les tubes 9 doit être le plus étroit dans la zone 12 au milieu des parois et le plus large dans la zone des bords 13 des coins des parois, d'autant plus qu'en regard des grandes surfaces de paroi de la chambre de combustion se trouve une plus petite surface de rayonnement de la colonne de flammes, dont la section transversale est indiquée par le trait interrompu 11.
Les tubes 9 revêtent la chambre de combustion et servent ainsi à refroidir et éventuellement à supporter le revêtement réfractaire latéral ou encore à protéger le ciel de la chambre d'allumage 14. Ils sont raccordés au collecteur 15 par leurs prolongements 90 à l'extérieur de la chambre de combustion. Dans la zone des ouvertures, les tubes 9 sont disposés en plusieurs rangées afin de faciliter le passage des gaz de combustion et d' éviter un agrandissement des espaces entre les tubes, ainsi que l'adhérence de cendres ou de scories. Dans la forme de réalisai:1 on suivant la fige 5 les
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tubes 90 se continuent à l'extérieur par des prolongements 90', en partie dans le puits 16, en partie dans les conduits 5.
En dehors delà chambre de combus- tion, les tubes peuvent être en un matériau peu coûteux, ne devant résister qu'à la pression de l'air comprimé et à sa température. Ces parties de tubes
90 ou 90' doivent avoir de grandes sections transversales libres, pour rédui- re le plus possible les pertes de pression. Par contre, les tubes 9 situés à l'intérieur de la chambre de combustion seront en un matériau de construc- tion de valeur, puisqu'ils doivent pouvoir supporter des températures exté- rieures de 1200 à 14000C et davantage.
L'air comprimé circule de bas en haut dans les tubes 9.
Dans la forme de réalisation de la fig. 1, une partie de 1-'air comprimé à réchauffer est dirigée dans le réchauffeur par le tube de répar- tition 26. Du répartiteur partent les tubes 17 qui montent dans le conduit de tirage 25 jusqu'au ciel d'où ils retournent vers le bas avant de former les serpentins 20 se déroulant de bas en haut dans le conduit de tirage 27 pour rejoindre, le long du ciel le collecteur 15. Les parties des tubes 17 s'étendant dans le conduit de tirage 25 sont suspendues au plafond à l'aide de crochets ancrés 18. Un autre groupe de tubes 19 s'étendent dans le répar- titeur 26 et montent dans le conduit de tirage 27, sous le ciel duquel Ils sont coudés et dirigés vers le bas avant de se transformer en serpentins 20 Les tubes 19 sont également suspendus à des crochets ancrés 18.
D'autres ser- pentins encore partent du répartiteur 26 et aboutissent au collecteur 15.
Tous les serpentins 20 sont suspendus aux extrémités portantes des tubes 19.
Les courants partiels d'air comprimé chauffés en parcourant la chambre de combustion et ceux amenés par les serpentins 20, se mélangent dans le collecteur 15. De ce dernier, des serpentins 21, enroulés en va-et-vient conduisent l'air de haut en bas à contre-courant des gaz de combustion et servent ainsi au chauffage final de l'air moteur. Ils sont raccordés au collecteur 22, d'où l'air moteur suffisamment chauffé, par exemple à 674 C, peut être envoyé aux turbines. Les serpentins 21 sont suspendus aux parties suspendues des tubes 17.
Dans le réchauffeur suivant la fig. 5 les tubes 19 partent du collecteur 10. Dans le conduit de tirage 27 ils sont dirigés vers le haut, passent sous le ciel et se transforment en serpentins 20 se déroulant vers le bas dans le conduit 27 pour aboutir au collecteur 15'. Les tubes 17 partent aussi du collecteur 10. Ils montent dans le conduit de tirage 25 et servent de support pour les serpentins 21 du réchauffeur final, pour enfin se transformer en serpentins 20 tout comme les tubes 19.
L'air montant dans les tubes de la chambre de combustion et l'air montant dans les tubes 17, 19 ou descendant dans les serpentins 20, se rassemble dans le collecteur 15', d'où il monte d'abord dans les serpentins 21 avant de sortir par l'extrémité de ceux-ci dans le collecteur de prise 22.
La chambre de combustion et les autres conduits des gaz de fumée du réchauffeur d'air sont de préférence entourés d'un isolant 28 et d'une enveloppe en tale 29, afin d'éviter des pertes de chaleur et la pénétration d' air extérieur dans les conduits des gaz de fumée, ou aussi l'échappement des gaz de combustion dans l'atmosphère. Des regards 23 et des trous d'homme, de même que des moyens de fermeture pour les trémies à cendres 30, sont à préwir comme pour les chaudières à vapeur, afin d'assurer l'étanchéité. Il faut également prévoir des pique-feu ou des ouvertures de nettoyage obturables 24 pour les conduits 5, afin de pouvoir surveiller ou dégager les passages entre les tubes 9.
La présente invention n'est pas limitée aux deux formes de réalisation décrites,montrant les tubes de rayonnement du réchauffeurplacés parallèlement au courant de flammes. C'est ainsi que les tubes du réchauffeur peuvent aussi être placés transversalement au courant de flammes, éventuellement en un groupe délimitant la partie gauche de la chambre de combustion et en un autre délimitant la partie droite de cette chambre.
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Dans les deux exemples, tant pour les arrivées que pour les sorties de l'air moteur, on a représenté le collecteur monté en-dessous ou près du plancher 31. Ceci procure l'avantage d'avoir de courtes conduites entre le réchauffeur et la turbine ou le compresseur, généralement montés au niveau du plancher 31 ou sur l'assise 32 de la salle des machines.
REVENDICATIONS.
1.- Réchauffeur tubulaire pour le chauffage d'un agent moteur gazeux, notamment d'air comprimé, en particulier réchauffeur chauffé au poussier, dont les tubes traversés par l'agent moteur sont montés dans la chambre de combustion devant les parois et en substancepparallèlement au courant des flammes,caractérisé par une chambre de combustion verticale, près ou à travers le ciel de laquelle le poussier combustible est insufflé par le haut au moyen de brûleurs, cette chambre comportant en bas et d'un côté, plusieurs conduits ou canaux pour les gaz de combustion, conduisant à un parcours secondaire ascendant et aménagés près des parois latérales de la chambre de combustion.
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The present invention relates to a heater for a gaseous motive agent of heat engines, in particular a heater of the type used in air turbine installations where the motive agent is conducted, in one or more pressure stages, in a closed circuit in the heater. , the turbine and the compressor to return to the heater.
Such heaters must have the following qualities: as little as possible loss of pressure in the heater itself and consumption of material for the construction - which also means the use of inexpensive materials - and as high as possible operational safety. Thus, there are many difficulties in meeting these conditions when the heater is to be heated by means of solid fuels, particularly coal dust, since satisfactory combustion of coal requires the use of very high combustion temperatures.
These difficulties do not only concern the tubes of the heater subjected to the highest temperatures in the combustion chamber, but also the sections of tubes mounted after this chamber, in order to be able by heat absorption, that is to say by radiation and contact, cool the combustion gases to about 400 C and less, thus achieving an economical use of the fuel. The final heating of the motive agent must then be carried out in the tubes of the heater closing the contact sections. Here the material of these tubes is cooled the least well on the motive side, although on the other side it is still subjected to very high temperatures in the combustion gases.
Also, it is particularly important for these tubes that none of these - considered transversely to the flow of combustion gases - are subjected to particularly high temperature peaks of the flow of combustion gases and therefore excessively stressed.
According to the present invention, such a particularly advantageous heater is produced by using a vertical combustion chamber, into which the combustible dust is blown with the aid of burners, advantageously vortex burners, close to the sky or to the sky. through the sky of the chamber, the latter comprising at the bottom and on one side, several ducts or outlet channels for the combustion gases, leading to a second ascending path, these channels or ducts being provided near the side walls of the combustion chamber.
According to the present invention, it is also possible to blow the combustible dust into the vertical combustion chamber, near or through the bottom of the latter, which must then include at the top or on one side several ducts or outlet channels for the combustion gases. leading to a descending path, and provided near the side walls of the combustion chamber.
In both cases, we obtain that the marginal layers of the combustion gas stream passing through the combustion chamber, and which due to their proximity to the walls of the refrigerant tubes are cooled more intensely than the core of the stream in the combustion chamber , are forced to mix with the layers at the heart of the flame stream, so as to a large extent to avoid heat streams in the combustion gas stream coming into contact with the secondary heating surfaces or the combustion surfaces. contact. It is in particular the gases passing through the center of the combustion chamber which are divided, and these partial currents are pushed towards the layers arriving from the walls of the chamber perpendicular to the wall comprising the outlet ducts.
According to the invention, this forced mixing or equalization of temperatures in the flow of combustion gases is further intensified by giving the combustion chamber, seen transversely to the flame flow, an elongated cross section, and by mounting the burners in one. or several rows parallel to one of the long sides in which the outlet ducts for the combustion gases are arranged. The marginal disturbing layers are then reduced in front of the walls perpendicular to that of the outlet.
In addition, the flow of combustion gas in the center of the chamber decreases in thickness and is widened in front of the larger cooling surfaces on the long sides, so that it is cooled all the more intensely as considerable amounts of heat are transmitted by rayon-
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ment to the cooling surfaces.
Further details will be described below with reference to the accompanying drawing showing by way of example one embodiment of the invention.
Fig. 1 shows a vertical section of a compressed air heater, FIG. 2 is a partial vertical section taken along line B-B of FIG. 3, fig. 3 is a partial horizontal section taken along the line A-A of FIG. 1. fig. 4 shows on a larger scale a partial section similar to that of fig 3, and fig 5 is a section similar to FIG. 1 of a variant of the compressed air heater.
In the combustion chamber 1, the combustible dust and the combustion air enter through the burners 2 mounted in the top of the chamber. These burners, executed in the form of swirl burners and advantageously provided with adjustment devices for modifying the swirl or the length of the flames, are supplied with combustible dust by the pipes 3 and additional combustion air, or secondary air, by the pipes. 4. The fuel lifter burns in a downward stream of flame.
The gases generated during the combustion pet, for example cooled to 1000 C in the combustion chamber, pass through the openings or ducts 5 in the ascending secondary path 25 and finally in the descending tertiary path 27, before arriving via a heater. combustion air 6, called Ljumgström or regeneration air, at a temperature of for example 180 ° C., in a suction installation or a chimney not shown. The combustion air heated for example to 400 ° C. in the heater 6, is brought through the pipes 7 to the burners 2. The tubes 9 of the compressed air heater, or engine air are mounted in the combustion chamber at a certain distance. four walls 8 made of refractory materials.
They end in an annular manifold 10 surrounding the combustion chamber, or in several tubes 10 distributed over the walls, and receive from the compressor compressed air, for example at 375 C. The tubes 9 are exposed directly to the heat radiation of the gases. flames of coal dust. As they are separated from each other, part of the radiation passes between them on the walls of the combustion chamber which returns it to the rear face of the tubes. To best balance the heat absorption of the rear faces of the tubes and the anterior faces, it is necessary to provide a suitable distance between these tubes.
On the other hand, for a proportional uniform heat absorption of all radiant heated tubes, the spacing between the tubes must be greatest where they are subjected to less intense flame radiation, or well the spacing must be reduced where the tubes are exposed to a more intense radiation of the flames Consequently the spacing between the tubes 9 must be the narrowest in zone 12 in the middle of the walls and the widest in the zone of edges 13 of the corners of the walls, especially since opposite the large wall surfaces of the combustion chamber there is a smaller radiating surface of the column of flames, the cross section of which is indicated by the dotted line 11 .
The tubes 9 cover the combustion chamber and thus serve to cool and possibly to support the lateral refractory lining or to protect the head of the ignition chamber 14. They are connected to the manifold 15 by their extensions 90 to the outside of the tube. the combustion chamber. In the area of the openings, the tubes 9 are arranged in several rows in order to facilitate the passage of the combustion gases and to prevent an enlargement of the spaces between the tubes, as well as the adhesion of ash or slag. In the form of realization: 1 one following the freeze 5 the
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tubes 90 are continued on the outside by extensions 90 ', partly in well 16, partly in conduits 5.
Outside the combustion chamber, the tubes may be of an inexpensive material which only needs to withstand the pressure of the compressed air and its temperature. These tube parts
90 or 90 'should have large free cross sections, to minimize pressure losses. On the other hand, the tubes 9 located inside the combustion chamber will be of a valuable construction material, since they must be able to withstand outside temperatures of 1200 to 14000C and more.
Compressed air circulates from bottom to top in the tubes 9.
In the embodiment of FIG. 1, part of the compressed air to be reheated is directed into the heater through the distribution tube 26. From the distributor the tubes 17 go up in the draft duct 25 to the sky from where they return to the air. the bottom before forming the coils 20 unwinding from the bottom up in the draft duct 27 to join, along the sky the collector 15. The parts of the tubes 17 extending in the draft duct 25 are suspended from the ceiling at using anchored hooks 18. Another group of tubes 19 extend into the distributor 26 and go up in the draft duct 27, under the roof of which They are bent and directed downwards before turning into coils 20 The tubes 19 are also suspended from anchored hooks 18.
Still other coils start from distributor 26 and end at collector 15.
All the coils 20 are suspended from the load-bearing ends of the tubes 19.
The partial streams of compressed air heated by passing through the combustion chamber and those brought by the coils 20, mix in the manifold 15. From the latter, coils 21, wound back and forth conduct the air from above. downwards against the flow of combustion gases and thus serve for the final heating of the engine air. They are connected to the manifold 22, from where the engine air sufficiently heated, for example at 674 C, can be sent to the turbines. The coils 21 are suspended from the suspended parts of the tubes 17.
In the heater according to fig. 5 the tubes 19 leave the collector 10. In the drawing duct 27 they are directed upwards, pass under the sky and transform into coils 20 unwinding downwards in the duct 27 to end in the collector 15 '. The tubes 17 also leave the manifold 10. They go up in the draft duct 25 and serve as a support for the coils 21 of the final heater, to finally turn into coils 20 just like the tubes 19.
The air rising in the tubes of the combustion chamber and the air rising in the tubes 17, 19 or falling in the coils 20, collects in the manifold 15 ', from where it first rises in the coils 21 before exiting through the end of these into the socket collector 22.
The combustion chamber and the other flue gas ducts of the air heater are preferably surrounded by an insulation 28 and a tale casing 29, in order to avoid heat loss and the ingress of outside air. in the flue gas pipes, or also the exhaust of combustion gases into the atmosphere. Manholes 23 and manholes, as well as closing means for the ash hoppers 30, are to be pre-wired as for the steam boilers, in order to ensure tightness. It is also necessary to provide fire spikes or closable cleaning openings 24 for the conduits 5, in order to be able to monitor or clear the passages between the tubes 9.
The present invention is not limited to the two embodiments described, showing the radiator tubes of the heater placed parallel to the flame stream. Thus the heater tubes can also be placed transversely to the flame current, possibly in a group delimiting the left part of the combustion chamber and another delimiting the right part of this chamber.
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In both examples, both for the inlets and for the outlets of the engine air, the manifold is shown mounted below or near the floor 31. This provides the advantage of having short conduits between the heater and the heater. turbine or compressor, generally mounted at floor level 31 or on base 32 of the engine room.
CLAIMS.
1.- Tubular heater for heating a gaseous motive agent, in particular compressed air, in particular a heater heated with dust, the tubes of which the motive agent passes through are mounted in the combustion chamber in front of the walls and in substance at the same time current of the flames, characterized by a vertical combustion chamber, near or through the sky from which the combustible dust is blown from above by means of burners, this chamber comprising at the bottom and on one side, several ducts or channels for the combustion gases, leading to an ascending secondary path and arranged near the side walls of the combustion chamber.