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Cette invention concerne des groupes générateurs, surchauffeurs et réchauffeurs de vapeur de type tubulaire à simple passage des gaz en cir- culation forcée, comprenant une section à rayonnement et une section à con- vection, par exemple des groupes destinés à alimenter de vapeur à haute pres- sion et à haute température de surchauffe et de rechauffe des turbines à va- peur. L'emploi de hautes pressions et de hautes températures de surchauffe et de réchauffe dans les turbines à vapeur rend particulièrement important le réglage rapide et exact des températures. En outre, dans un groupe à simple passage des gaz en circulation forcée le maintien d'une zone de transition à un endroit où règnent des conditions de fonctionnement appropriées est essentiel.
Le but de l'invention est de procurer un groupe générateur, surchauffeur et réchauffeur de vapeur où le réglage des températures de re- chauffe et de surchauffe et de l'emplacement du point de transition est fa- cilitéo
Un groupe générateur, surchauffeur et réchauffeur de vapeur de type tubulaire, à simple passage des gaz en circulation forcée comportant une section à rayonnement et une section à convection est caractérisé sui- vant la présente invention en ce que la section à convection comprend des parcours de gaz en parallèle pourvus d'éléments échangeurs de chaleur pour la rechauffe de la vapeur et d'éléments échangeurs de chaleur,
pour la production ou/et la surchauffe de la vapeur aménagés dans ces parcours de telle façon que le réglage de la répartition du courant de gaz entre les parcours en parallèle assure le réglage du rapport entre la chauffe 'des éléments de rechauffe et la chauffe des éléments de production ou/et de surchauffe de la vapeuret en ce qu'il est prévu un dispositif pour répartir le courant de gaz entre les parcours en parallèle, un dispositif pour remettre en circulation dans la section à rayonnement les gaz de combustion refroidis par leur contact avec les surfaces d'échange de chaleur de la section à convection, et un dispositif pour régler le degré de recirculation des gaz.
Un mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après à titre d'exemple avec référence aux dessins partiellement schématiques amenés dans lesquels :
Figo 1 est une coupe verticale longitudinale d'un groupe généra- teurp surchauffeur et réchauffeur de vapeur chauffé par deux foyers cyclones suivant un plan passant par l'axe d'un des foyers cyclones et dont l'emplacement est aussi indiqué par la ligne 1-1 sur la Figo 5 ;
Fig. 2 est une coupe verticale transversale d'un des foyers cyclones suivant la ligne II-II de la Figo 1;
Fig. 3 montre certaines parties du groupe, en coupe suivant la ligne III-III de la Fige 1;
Figo 4, montre schématiquement la disposition d'ensemble de différents jeux de tubes de refroidissement dans certaines parties de parois adjacentes d'une chambre de combustion du groupe;
Fig. 5 est une coupe verticale transversale de la partie arrière du groupe, suivant la ligne V-V de la Fig. 1;
Fig. 6 est une coupe verticale longitudinale d'une partie du groupe suivant un plan Indiqué par la ligne VI-VI de la Fige 5, plus près de l' axe central du groupe que la ligne I-I, et
Fige 7 est un schéma de la circulation d'eau et de vapeur du groupe représenté sur les Figs. 1 à 6.
Comme le montrent les Figs. 1 à 6 des dessins,le groupe générateur, surchauffeur et réchauffeur de vapeur est chauffé par deux foyers cy- clones 1 et 2, placés respectivement à gauche et à droite de l'axe central du groupe et débitant vers l'arrière par la paroi avant 3 d'une chambre de combustion secondaire 4, de la partie arrière de laquelle les gaz s'élèvent dans la partie inférieure d'une chambre de rayonnement 5. Dans celle-ci,
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les gaz s'élevent à la partie supérieure de la chambre d'où ils passent vers l'arrière dans un parcours avant-arrière 6 au sommet d'un parcours descendant 7.
Le parcours descendant 7 est divisé à sa partie supérieure et au-dessous de l'extrémité de décharge du parcours arrière 6 en trois parcours parallèles, un parcours central 8 étant flanqué de deux parcours latéraux 9. A leurs extrémités de sortie inférieures, le parcours central 8 et les deux parcours latéraux 9 sont pourvus de registres ou papillons régulateurs 10 et 11, respectivement, au-dessous desquels les gaz se réunissent avant de se diviser dans deux autres parcours parallèles 12 pour se rendre dans un tournant 13 disposé à l'extrémité inférieure du parcours descendant et communiquant avec un parcours asdencant 14 relié à un second parcours descendant 15, qui communique à son tour par un collecteur de cendres et d'escarbilles (non représenté) avec la cheminée.
Les parois des foyers cyclones 1 et 2, celles de la chambre de combustion secondaire 4 et celles de la chambre de rayonnement 5 sont pourvues de tubes de refroidissement recevant la chaleur principalement par rayonnement des gaz de combustion, et le parcours 6 dirigé vers l'arrière, le parcours descendant central 8 et les deux parcours latéraux 9 du parcours descendant 7 sont pourvus de faisceaux de tubes recevant leur chaleur par des gaz de combustion principalement par convection.
Ainsi, en ce qui concerne d'abord les foyers cyclones, chacun de ceux-ci est refroidi par des tubes d'eau 21, recouverts de réfractaire, s'étendant d'un collecteur d'entrée inférieur 22, autour des deux côtés du foyer cyclone, dans les parois de ce dernier, jusqu'à un collecteur de sortie supérieur 23. A l'endroit de l'entrée tangentielle de combustible et d' air comburant, les tubes 21 sont assemblés en rangées donnant lieu au minimum de réduction de la section de passage de cette entrée tangentielle.
Chacun des collecteurs 22 et 23 est divisé par une cloison latérale (non indiquée) propre à diviser le courant d'eau de refroidissement autour de chaque foyer cyclone en deux sections.
La chambre de combustion secondaire 4 est délimitée par la paroi avant 3 dans laquelle s'ouvrent les goulets de sortie 24 du foyer cyclone, par des aires, adjacentes à la paroi avant 3, des parois latérales 25 du groupe, par une sole 26 et par une paroi séparant la chambre de combustion secondaire 4 de la chambre de rayonnement 5 et comprenant une paroi protectrice 27 et un écran à scorie 28 par lequel les gaz de la chambre de combustion secondaire s'élèvent dans la partie inférieure de la chambre de rayonnement.
La paroi avant 3 est refroidie par des tubes d'eau à recouvrement réfractaire 29 s'étendant d'un collecteur inférieur 30 à un collecteur supérieur 31, situé à une courte distance au-dessus de la partie supérieure de la chambre de combustion secondaire. Les collecteurs 30 et 31 sont divisés par des cloisons latérales (non représentées) au moyen desquelles le courant d'eau dans les tubes 29 est divisé en huit seetions. A l'endroit où la paroi avant 3 est percée par les ouvertures 24 des goulets des foyers cyclones, les tubes 29 sont recourbés de manière à s'étendre autour et dans les ouvertures des goulets pour les refroidir.
Les aires des parois latérales 25 qui contribuent à délimiter la chambre de combustion secondaire sont refroidies par des tubes à recouvrement réfractaire 32. Ceux-ci sont dirigés de bas en haut à l'arrière de la chambre de combustion secondaire près de la sole 26 et se déploient en rangées latérales à gauche et à droite vers-les parois latérales 25 en s'étendant vers l'avant de la chambre de combustion secondaire et ensuite de bas en haut sur les côtés de la chambre de combustion secondaire.
La sole 26 est refroidie par des tubes à recouvrement réfractaire 33 et l'écran à scorie 28 de même que la paroi protectrice 27 délimitant la chambre de combustion secondaire sont formés par ces tubes 33. A l'écran
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à scorie les tubes 33 sont réunis en de courtes rangées dans le plan ver- tical et les gaz de combustion s'élèvent entre ces rangées de la chambre de combustion secondaire 4 à la chambre de rayonnement 5.
Les tubes 33, au point de vue de la circulation du fluide sont divisés en six sections, dont chacune des deux sections les plus proches des parois latérales 25 et chacune des deux sections les plus proches de l'axe central du groupe s'étendent d'un collecteur Inférieur 34 à un col- lecteur supérieur 360
La paroi avant 3 de la chambre de combustion secondaire présente aussi des ouvertures de sortie permettant à la scorie de s'écouler des foyers cyclones dans la chambre de combustion secondaire d'où elle est déchargée par des orifices, un par foyer cyclone;, ménagés dans la sole 26.
La partie inférieure de la chambre de rayonnement est refroidie par des tubes à vapeur 41 qui s'élèvent à proximité Immédiate des tubes 32 dans les parois latérales 25 sont recourbés en arrière dans les parois latérales 25,forment des déviations couvrant des parties complémentaires de la paroi arrière 42 de la chambre de rayonnement à la partie Inférieure de celle-ci et s'élèvent ensuite de nouveau dans les parois latérales 25.
Les tubes 41 s'étendent de collecteurs Inférieurs 43 à des collecteurs su- périeurs 44. Au-dessous d'un niveau 37 les tubes 41 sont couverts de matiè- re réfractaire.
La paroi avant 45 de la chambre de rayonnement 5 est refroidie par des tubes de vapeur 46 s'étendant d'un collecteur d'entrée inférieur 47 à un collecteur de sortie supérieur 48. Les collecteurs 47 et 48 sont divisés par des cloisons latérales (non indiquées) au moyen desquelles le courant de vapeur dans les tubes 46 est divisé en deux sections.
Les parois latérales de la chambre de rayonnement 5 sont refroidies par des tubes de vapeur 49 s'étendant dans chaque paroi latérale d'un collecteur d'entrée supérieur 50 à un collecteur de sortie Inférieur 51.
La paroi arrière 42 de la chambre de rayonnement 5 est refroidie par des tubes de vapeur 52 qui s'étendent d'un collecteur d'entrée inférieure 53, en travers de l'entrée du parcours 6, comme un écran tubulaire 54, vers un collecteur de sortie supérieur 55 au-dessus du niveau du parcours avantarrière 6.
Les collecteurs 53 et 55 sont divisés par des cloisons latérales (non indiquées) au moyen desquelles le courant de vapeur dans les tubes 52 est divisé en deux sectionso
Le ciel 61 de la chambre de rayonnement, du parcours avant-arrière 6 et du parcours descendant 7 est refroidi par des tubes de vapeur 62 s'étendant d'un collecteur d'entrée avant 63 à un collecteur de sortie arrière 64 Les collecteurs 63 et 64 sont divisés par des cloisons (non indiquées) au moyen desquelles le courant de vapeur dans les tubes 62 est divisé en deux sections.
Un surchauffeur à convection secondaire 65, disposé en travers du trajet parcouru par les gaz dans la partie avant du parcours avant-arrière 6, derrière l'écran tubulaire 54, comprend des tubes coudés dans lesquels la vapeur circule d'un collecteur d'entrée avant 66 à un collecteur de sortie arrière 67, les collecteurs 66 et 67 étant divisés par des cloisons (non indiquées) en vue de diviser le courant de vapeur en deux sections.
Dans chacun des parcours parallèles latéraux 9 sont montés deux faisceaux 68 de tubes coudés. Les tubes des faisceaux s'étendent de façon continue de l'extrémité inférieure du faisceau inférieur dans ce faisceau et le faisceau supérieurà proximité de la paroi arrière de la partie la plus élevée du parcours descendant 7 et à travers le ciel 61.
Dans chaque parcours latéral parallèle 9, au-dessus des faisceaux 68 est disposée la branche horizontale d'un surchauffeur à convection primaire 69 possédant une branche verticale qui s'étend en travers de la partie adjacente de la sortie du parcours 6. La vapeur circule dans le surchauf-
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feur à convection primaire 69 d'un collecteur inférieur arrière d'entrée 70 à un collecteur de sortie 71, au-dessus du ciel 61.
Dans le parcours parallèle central 8, sont disposés des faisceaux tubulaires 72 composés de tubes de rechauffe primaires qui s'étendent d'un collecteur inférieur 73 dans les deux faisceaux 72 et ensuite dans la branche horizontale d'une section en L 74 dont la branche verticale s'étend en travers de la partie adjacente de la sortie du parcours 6, et atteignent finalement un collecteur de sortie 75 au-dessus du ciel 61.
Un réchauffeur secondaire 76 comprenant des tubes coudés qui relient un collecteur d'entrée arrière 77 à un collecteur de sortie avant 78, tous deux au-dessus du ciel 61, est monté en travers du parcours avant-arrière 6, dans l'espace entre le surchauffeur à convection secon- daire 65 et la branche verticale du surchauffeur à convection primaire 69 et de la section 74 du réchauffeur primaire 74.
Les tubes situés dans le parcours parallèle central 8 et les parcours parallèles latéraux 9 sont supportés par deux rangées convenablement espacées, l'une derrière l'autre, de tubes à vapeur porteurs suspendus verticalement 81 qui reçoivent la vapeur d'un collecteur d'entrée 82, au-dessus du ciel 61, et l'envoient à un collecteur de sortie 83 en avant du parcours descendant. Les collecteurs 82 et 83 sont divisés par des cloisons (non indiquées) en vue de répartir en deux sections le courant de vapeur passant dans les tubes porteurs 81.
Dans les deux parcours latéraux 12 du parcours descendant 7, en dessous des papillons ou registres 10 et 11 sont disposées des sections de réchauffeur d'air à haute température 84 et au-dessous de celles-ci des sections d'économiseur à haute température 85. Le parcours ascendant 14 contient des sections d'économiseur à basse-température 86 et au-dessus de celles-ci, dans le second parcours descendant 15 se trouvent des sections de réchauffeur d'air à basse température 87.
Un ventilateur de recirculation des gaz 88 est prévu pour extraire les gaz par un conduit 89 entre les deux sections d'économiseur à haute température 85 à la base du parcours descendant 7 au-dessus du tournant de gaz 13. Les gaz à remettre en circulation, venant du tournant 13 pénètrent dans le conduit 89 et sont envoyés par le ventilateur de recirculation des gaz à la partie inférieure de la chambre de rayonnement 5 par une ouverture latérale 90 ménagée dans la paroi arrière 42. La quantité de gaz remise en circulation est réglée par des papillons ou vannes (non représentés) et/ou par le réglage de la vitesse du ventilateur.
Pour deux des six sections de tubes 33, on n'a pas cité de collecteur de sortie et pour les tubes 32 on n'a pas signalé de collecteurs d'entrée et de sortie, et aucune mention d'un collecteur d'entrée n'a été faite pour les tubes des faisceaux tubulaires 68. La cause en est, comme le montrera clairement la description qui sera donnée ci-après du schéma de la circulation de la vapeur et de l'eau dans les divers échangeurs de chaleur et leurs sections, que chacune des deux sections de tubes considérées 33 est reliée à une section correspondante de tubes 32 et à une section correspondante des faisceaux tubulaires 68 sans intercalation de collecteurs.
Comme le montre la Fig. 7, deux circuits de circulation de fluide similaires sont couplés en parallèle; ils seront appelés circuits A et B.
On décrira d'abord le schéma de circulation de l'eau et de la vapeur dans un circuit. Sur la Fig. 7, les diverses sections d'échangeur de chaleur sont représentées au-dessus de l'axe central horizontal de la Figure, si elles se trouvent à la gauche de l'axe du groupe et au-dessous de l'axe central de la figure si elles se trouvent à la droite du groupe, et la distance d'une section considérée des tubes 29 ou 33 par rapport à l'axe de la figure est d'autant plus grande que cette section est plus éloignée
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de l'axe du groupe.
Dans le circuit A, l'eau circule dans une vanne régulatrice
104, puis dans une vanne d'arrêt d'admission 102, une section d'économi- seur à basse température 86 du côté gauche du groupe, une section d'éco- nomiseur à haute température 85 du côté gauche du groupe,il une section avant des tubes 21 refroidissant le foyer cyclone du côté gauche du grou- pe (le foyer cyclone 1), une section arrière des tubes 21, refroidissant le foyer cyclone du côté droit du groupe (le foyer cyclone 2), ensuite dans la section extérieure., la section extérieure suivante, la section ex- térieure suivant celle-ci et la section restante du côté droit du groupe.
générateur de vapeur des tubes 29 refroidissant la paroi avant 3 de la chambre de combustion secondaire 4, et ensuite dans la section suivant cel- le des sections située le plus à l'extérieur du côté gauche du groupe gé- nérateur de vapeur des tubes 33 refroidissant la sole 26, l'écran à sco- rie 28 et la paroi protectrice 27, délimitant la chambre de combustion secondaire, cette section étant celle qui comprend les tubes de la paroi protectrice 27, immédiatement à l'arrière de l'ouverture du goulet du foyer ou bruleur cyclone du côté gauche du groupe (le brûleur cyclone 1).
Chacun des tubes de la section mentionnée en dernier lieu est monté sans intercalation d'un collecteur pour former l'un des tubes 32 refroidissant la paroi de délimitation du côté gauche de la chambre de combustion secondaire 4; chacun de ces derniers tubes est ensuite bifurqué de façon à former deux tubes de la section de gauche des faisceaux tubulaires 68 et ces tubes sont conduits à une série de séparateurs cyclones 103 qui peuvent être du genre décrit dans le brevet belge n 531.110.
L'eau est finalement transformée en vapeur dans les faisceaux tubulaires 68 et la vapeur est envoyée des séparateurs cyclones 103 à la section des tubes porteurs 81 située du côté de gauche du groupe générateur. De cette section des tubes porteurs 81, la vapeur du circuit A est amenée par la section des tubes 33 refroidissant la sole 26, l'écran à scorie 28 et la paroi protectrice 27, qui constitue la section la plus à l'extérieur et est située aussi du côté gauche du groupe générateur, dans la section des tubes 33 la plus rapprochée de l'axe central du groupe et du côté droit de ce dernier, et ensuite dans la section des tubes 41 qui se trouve du côté droit du groupe, la section des tubes 46 située du côté droit de celui-ci, et la section des tubes 49 située du côté droit du groupe,
et la section des tubes 52 située du côté gauche du groupe. De la section mentionnée en dernier lieu, la vapeur du circuit A passe par un désurchauffeur à pulvérisation 104 et ensuite dans la section des tubes 62 qui se trouve du coté gauche du groupe,, dans la section du surchauffeur à convection primaire 69 située au-dessus de celui des parcours parallèles latéraux 9 qui se trouve à la gauche du groupe et dans la section du surchauffeur à convection secondaire 65 située du côté gauche du groupeo
L'eau de désurchauffe du désurchauffeur à pulvérisation 104 est amenée par une vanne 105 d'un point'du circuit A entre la valve de réglage de l'eau 101 et la valve d'arrêt de l'admission 102.
Le schéma de circulation du circuit B est exactement le même que celui du circuit A, mais là où un échangeur de chaleur du circuit A est indiqué du côté gauche ou du côté droit du groupe générateur 1-'échangeur de chaleur correspondant du circuit B est situé du côté droit ou du côté gau- che, respectivement, du groupe.
Les deux quantitéa de vapeur surchauffée venant des deux sections du surchauffeur à convection secondaire 65 se réunissent dans une canalisation commune 106 à laquelle sont reliées la vanne principale de mise en marche 107 et la vanne principale d'arrêt de vapeur 108 ainsi que la soupape de sûreté 109.
Les séparateurs cyclones 103 sont secs en service normal et sont prévus dans le but d'extraire l'eau de la vapeur après fonctionnement voulu
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et temporaire de l'un ou l'autre des circuits avec un excès d'eau pour :Le nettoyage des tubes des faisceaux tubulaires 68. Des dispositifs appropriés (non représentés) peuvent être prévus pour amener l'eau de nettoyage directement d'un point en avant de la vanne d'arrêt de l'admission 102, avec réglage par des vannes individuelles, aux tubes individuels 33 auxquels les tubes des faisceaux tubulaires 68 sont reliés, et pour évacuer cette eau de nettoyage des compartiments d'eau des séparateurs cyclones.
Lorsque le groupe générateur de vapeur se trouve en service, le débit d'eau d'alimentation aux circuits A et B, le taux de recirculation des gaz à la partie inférieure de la chambre de rayonnement 5, et les po- sitions des registres ou papillons 10 et 11 sont commandés en vue de régler la pression et la température finale de la vapeur de surchauffe et la température finale de la vapeur réchauffée et d'assurer ainsi que le point ou la région où l'eau dans chacun des circuits est finalement transformée en vapeur reste à l'intérieur des faisceaux tubulaires 68.
Les faisceaux tubulaires 68 sont soumises à des températures plus faibles que les tubes 32 qui se trouvent plus en amont dans le circuit de l'eau que ces faisceaux tubulaires et à des températures moins élevées que les tubes 33 plus en aval dans le circuit de vapeur que ces faisceaux tubulaires et par conséquent il est recommandable de limiter à ces faisceaux 68 la zone de transformation finale de l'eau en vapeur, où des dépôts, éventuellement,sont particulièrement susceptibles de se former ou de s'accumuler à l'intérieur des tubes; les faisceaux tubulaires 68 sont suivis, dans le circuit de vapeur, par les séparateurs centrifuges permettant le lavage des tubes des faisceaux 68, lorsqu'on le désire.
Un réglage de la quantité d'eau fournie aux désurchauffeurs à pulvérisation 10'+ permet un réglage de la surchauffe, mais la fonction principale des désurchauffeurs est d'assurer une possibilité d'agir rapidement pour limiter les variations de la température de surchauffe.
De préférence, la pression et la température de la vapeur surchauffée sont réglées par des dispositifs régulateurs automatiques connus, aménagés de façon à régler la circulation de l'eau du groupe générateur de vapeur par les deux vannes de réglage d'eau 101 et l'allure du feu, tandis que la température de la vapeur réchauffée est réglée et que le déplacement du point ou de la zone de transition est maintenu dans les limites désirées par le réglage de la quantité de gaz remise en circulation et la commande des papillons ou registres 10 et 11.
La position du point ou de la zone de transition peut être estimée en mesurant la température de la vapeur dans les séparateurs cyclones 103 ou juste avant son entrée dans celui-ci. De préférence, la quantité de gaz remise en circulation et les positions des papillons 10 et 11 sont réglées de manière à maintenir à l'emplacement mentionné une température de vapeur prédéterminée supérieure de quelques degrés à la température de saturation de la vapeur pour indiquer que le point de transition ne s'est pas trop rapproché des extrémités de sortie des tubes des faisceaux tubulaires 68, et qui est en même temps une température assez basse pour indiquer que ce n'est pas seulement de la vapeur qui pénètre dans les faisceaux tubulai- res .
Si les deux foyers cyclones fonctionnent à des allures non uniformes, les deux circuits A et B, continuent néanmoins, en raison de la répartition décrite de leurs surfaces d'échange de chaleur de part et d'autre de l'axe central du groupe, à recevoir des quantités de chaleur très approximativement égales par les gaz et ceci est assuré même si l'un des foyers cyclones est mis hors service.
Le groupe générateur décrit est chauffé par des foyers cyclones et les gaz remis en circulation sont introduits dans une chambre de rayonnement située à la suite d'une chambre de combustion secondaire dans laquelle
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les foyers cyclones débouchent. Dans le cas d'un groupe chauffé par des foyers autres que des foyers cyclones la section de rayonnement peut ne pas avoir de divisions correspondantes, mais les gaz à remettre en circula- tion sont conduits en un point approprié où par suite de leur Introduction ils réduisent le rayonnement de la chaleur des gaz de combustion aux sur- faces de refroidissement et, par exemple,
dans un groupe chauffé par des brûleurs à combustible pulvérisé débitant dans un foyer possédant un fond en trémie qui recueille à l'état sec la cendre ou la scorie tombant dans le foyer, les gaz remis en circulation peuvent être réintroduits dans le foyer par la partie étroite ou le goulet du fond en trémie.
REVENDICATIONS.
1.- Groupe générateur$) surchauffeur et réchauffeur de vapeur à simple passage des gaz en circulation forcée, possédant une section à rayon- nement et une section à convection, caractérisé en ce que la section à con- vection comprend des parcours de gaz parallèles pourvus d'éléments d'échan- ge de chaleur de réchauffeur et d'éléments d'échange de la chaleur pour la production de vapeur ou/et pour la surchauffe de la vapeur montés dans ces parcours de manière que le réglage de la répartition du courant de gaz entre les parcours parallèles assure le réglage du rapport entre la chauffe des éléments de réchauffeur et la chauffe des éléments générateurs de va- peur ou./et des éléments surchauffeurs, et en ce qu'il comprend un dispositif pour répartir le courant de gaz entre les parcours parallèles,
un dispositif pour remettre en circulation dans la section à rayonnement les gaz de combustion refroidis par leur contact avec les surfaces d'échange de chaleur de la section à convection, et un dispositif pour régler le taux de reciculation.