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Cette invention se rapporte aux groupes générateurs et surchauf- feurs de vapeur du type tubulaire et aux procédés pour la conduite de ces groupes et elle concerne particulièrement les groupes générateurs et sur- chauffeurs de vapeur tubulaires du genre comprenant une section de production de vapeur par rayonnement avec chambre de combustion pourvue de tubes de parois vaporisants, une section de chauffage par convection comprenant des dispositifs de surchauffe et un système de remise en circulation ou de re- cyclage des gaz, pour ramener à la section de production de vapeur par rayonnement les gaz refroidis par leur contact avec les surfaces d'échan- ge de chaleur par convection.
Un tel groupe est représenté dans le brevet belge n .513.646 de la Demanderesse, qui décrit un groupe possédant une chambre de combustion pourvue de tubes de parois vaporisants et présentant un fond en forme de trémie et une sortie des gaz allant d'une région supé- rieure de la chambre de combustion à un parcours de gaz contenant un dis- positif de surchauffe par convection, un dispositif de chauffe à combusti- ble fluide, agencé pour débiter d'une paroi de chauffe de la chambre de combustion dans une région de celle-ci située au-dessus du fond en trémie et un système de recyclage aménagé pour remettre en circulation au fond en trémie les gaz refroidis par leur contact avec les surfaces d'échange de chaleur par convection.
Dans un tel groupe, la température finale de sur- chauffe peut être contrôlée sur une gamme de charge étendue par le régla- ge de la vitesse de recyclage des gaz. Comme l'action régulatrice des gaz de recyclage sur la température de surchauffe dépend en partie de l'effet de recouvrement que les gaz exercent par rapport aux surfaces vaporisantes de la chambre de combustion, il est désirable d'éviter un mélange rapide des gaz de recyclage avec l'air et le combustible et les produits frais de la combustion.
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Une difficulté qu'on rencontre dans la conduite d'un groupe géné- rateur et surchauffeur de vapeur possédant un système de remise en circu- lation dans la section de production de vapeur par rayonnement du groupe des gaz refroidis par contact avec les surfaces d'échange de chaleur par convection, est que quand le système ne fonctionne pas, un courant de sens inverse est susceptible de se produire dans le système des gaz chauds de la combustion. En dehors de la réduction du rendement thermique qui en ré- sulte, le courant en sens inverse est susceptible de provoquer une sur- chauffe du matériel et des détériorations.
La présente invention concerne un groupe générateur et surchauffeur de vapeur tubulaire qui possède une chambre de combustion pourvue de tubes de parois vaporisants et présentant un fond en forme de trémie et une sortie des gaz allant d'une région supérieure de la chambre à un parcours de gaz contenant un dispositif de surchauffe par convection, un dispositif de chauf- fage à combustible fluide, agencé pour débiter depuis une paroi de chauffe de la chambre de combustion dans une région de celle-ci située au-dessus du fond en trémie, et un système de recyclage de gaz susceptible de remettre en circulation dans le fond en trémie les gaz refroidis au contact des sur- faces d'échange de chaleur par convection,
le groupe générateur surchauf- feur de vapeur étant caractérisé en ce que la paroi de chauffe se trouve à une extrémité du fond en trémie et que le système de recyclage des gaz est aménagé pour décharger les gaz remis en circuit par la paroi de la cham- bre de combustion située à l'extrémité opposée de ce fond en trémie et dans une région de cette chambre au-dessous du dispositif de chauffe.
Dans une forme d'exécution préférée, le dispositif de chauffe com- prend une série de rangées horizontales de brûleurs, espacées verticalement le chauffage par les brûleurs des différentes rangées étant réglable séparé- ment.
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L'invention comprend le procédé pour conduire cette forme d'exé- cution où les brûleurs de différentes rangées sont actionnés simultanément pour répondre à une forte demande en vapeur, tandis que quand la demande de vapeur diminue le fonctionnement d'une rangée inférieure de brûleurs est interrompu et en même temps des gaz remis en circulation sont projetés dans la chambre de combustion dans une direction opposée à celle de la projection de combustible et d'air par les brûleurs restant en activité, le chauffage et le recyclage de gaz étant coordonnés corrélativement pour assurer la production désirée et une température de vapeur finale prédé- terminée.
L'invention concerne aussi le mode opératoire de cette forme d' exécution où, sur toute une gamme de charges, les gaz de recyclage sont projetés à une vitesse variable, pour obtenir une température de vapeur finale prédéterminée, à l'intérieur de la chambre de combustion dans le sens opposé à celui de la projection de gaz et d'air et où., dans le cas d'une forte demande de vapeur, cette demande est satisfaite par la projec- tion du combustible dans une zone à un niveau moyen intermédiaire de la hauteur de la chambre de combustion, tandis que dans le cas d'une moindre demande de vapeur, la demande est satisfaite par l'admission du combusti- ble à une vitesse inférieure et par la projection du combustible dans une zone dont le niveau moyen est plus élevé que le niveau moyen de la zone correspondant à la forte demande.
L'invention concerne en outre le mode opératoire de cette forme d'exécution où. les brûleurs de différentes rangées sont actionnés simulta- nément pour répondre à une demande de vapeur tandis que quand la demande diminue le degré de consommation du combustible par les brûleurs d'une ran- gée inférieure de brûleurs en activité est réduit en même temps que, pour obtenir une température finale prédéterminée de la vapeur, les gaz remis en circulation sont projectés à l'intérieur de la chambre de combustion à une allure accrue et dans un sens opposés à celui de la projection de com- bustible et d'air.
L'invention concerne encore un groupe générateur et surchauffeur de vapeur tubulaire possédant une section de production de vapeur par rayonnement comprenant une chambre de combustion à tubes de parois vapori- sants, une section de chauffage par convection comprenant un dispositif de surchauffe et un système de recyclage des gaz comprenant une soufflerie de recyclage pour ramener dans la section de production de vapeur par rayonnement les gaz refroidis par leur contact avec les surfaces d'échange de chaleur par convection, le groupe étant caractérisé en ce que la canali- sation du système de recyclage des gaz est pourvue de dispositifs tels que registres papillons et que des dispositions sont prises pour empêcher que lorsque les registres sont fermés,
la canalisation ne soit parcourue par les gaz de combustion chauds en maintenant un courant de fluide gazeux relativement froid de la canalisation vers la chambre de combustion.
L'invention sera décrite ei-après à titre d'exemple, avec réfé- rence aux dessins partiellement schématiques annexés dans lesquels: Fig.l est une vue en élévation de côté et en coupe verticale d'un groupe générateur et surchauffeur de vapeur tubulaire, à haute pression et de grande capacité susceptible de produire de la vapeur à haute température et hautre pression;
Fig. 2 est une vue en élévation de face partiellement en coupe suivant la ligne 2-2 de la Fig.1;
Fig. 3 est une vue partielle en coupe horizontale suivant la ligne
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3-3 de la Figol;
Figo 4 est une coupe horizontale, suivant la ligne 4-4 de la figo
2, montrant un système de conduit construit à proximité des lumières par lesquelles les gaz remis en circulation pénètrent dans la chambre de combus- tion;
Fig. 5 est une vue partielle en coupe verticale longitudinale d' une chambre de combustion divisée où les lumières pour l'entrée des gaz de recyclage dans la chambre de combustion s'étendent pratiquement sur toute la largeur de la paroi arrière de la chambre de combustion, et
Figo 6 est une coupe horizontale suivant la ligne 6-6 de la fig.
5, montrant un système de conduits pour le passage des gaz remis en circuit vers la chambre de combustion.
Sur la Figo 1 la chambre de combustion 10 possède une paroi avant
12 comprenant des tubes vaporisants 14 partant d'un collecteur inférieur
16 pour se rendre au-delà des trois rangées horizontales de brûleurs 18,
19 et 20, à un corps cylindrique de vapeur et d'eau 22. Sur la paroi oppo- sée 28 de la chambre de combustion, des tubes vaporisants partant d'un col- lecteur 26 s'élèvent le long de la paroi jusqu'à un arc 30, dans la paroi inférieure duquel un certain nombre de tubes s'étendent jusqu'à la pointe de l'arc. De la pointe de l'arc 30 quelques uns des tubes 24 s'élèvent, en faisant fonction de tubes d'écran 32, en travers de la sortie des gaz de la chambre de combustion jusqu'au ciel 34 de celle-cio Ces tubes longent alors le ciel et sont reliés au corps cylindrique 22 par des sections de raccordement 36.
D'autres tubes du faisceau vaporisant 24 comprennent des sections 38 disposées le long de la partie inférieure du parcours de gaz 40 du surchauffeur et à la sortie de ce parcours de gaz ces tubes s'éten- dent verticalement.
De la sortie 42 du parcours de gaz 40 les tubes s'étendent le long des parties 50 et 34 du ciel jusqu'à des sections de raccordement avec le corps cylindrique 22. A cette sortie, certains des tubes vaporisants sont déportés par rapport à leur formation en paroi verticale, comme c'est indiqué en 44 pour former un écran tubulaire au travers duquel les gaz de combustion passent dans un tournant 46 au sommet d'un parcours de gaz des- cendant 480 D'autres tubes du faisceau vaporisant de la paroi 28 sont rac- oordés par leurs extrémités supérieures à un collecteur intermédiaire 52 d'où d'autres tubes de paroi 54 sont reliés au-delà de la sortie 42 du parcours de gaz à surchauffeur,
à un collecteur supérieur 54 relié au corps cylindrique 22 par des ciroulateurs 56 et 58 pour le passage des mélanges de vapeur et d'eau.
La chambre de combustion 10 est divisée en deux parties par une cloison séparatrice 60 formée par des tubes vaporisants partant verticale- ment des collecteurs 62 et 64 et reliés au corps cylindrique 22 par des collecteurs et des tubes appropriés. Comme c'est représenté sur la Fig. 2, les parties inférieures des tubes reliés aux collecteurs 62 et 64 sont in- clinées respectivement le long des parois 86' et 72'des fonds en forme de trémies.
Dans la partie supérieure de la chambre de combustion quelques uns des tubes de la cloison séparatrice 60 comprennent des sections 66 déportées vers la droite par rapport à la cloison, comme c'est représenté, et d'autres tubes comprennent des sections 68 déportées vers la gauche, comme c'est représenté, en vue d'égaliser la pression en établissant une communication pour les gaz entre les deux parties de la chambre de combus- tiono D'autres tubes vaporisants 70 s'étendent du oollecteur 64, le long de la paroi inclinée 72 du fond en trémie et ensuite de bas en haut le long
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de la paroi 74 à un collecteur supérieur de paroi latérale tel que celui in- diqué en 76, Fig.1.
Ce collecteur se trouve en communication avec le corps cylindrique 22 par des circulateurs 780 D'une manière semblable, d'autres tubes vaporisants 80 partant du collecteur 62 comprennent des sections infé- rieures 84 inclinées le long de la paroi 86 du fond en tremies et des sec- tions s'étendant le long de la paroi 82 de la chambre de combustion jusqu'à un collecteur supérieur de paroi latérale relié par des circulateurs au corps cylindrique 22.
Des prises 90 et 92 pour l'écoulement de la vapeur de la cham- bre de vapeur du corps cylindrique 22 s'étendent de celui-ci le long du ciel 94 du gros-oeuvre à un collecteur 96 d'où des tubes d'admission 98 du surchauffeur se dirigent vers la droite et ensuite de haut en bas le long d'une partie 100 de la, paroi et do parties successives 102 et 104 de la paroi pour se rendre à un collecteur d'entrée 106 de réchauffeur. D'autres tubes d'admission de surchauffeur 110, partant du collecteur 96, se diri- gent immédiatement de haut en bas et ensuite en travers du ciel 112 au- dessus du tournant des gaz 46, puis de haut en bas le long des parties 102 et 104 de la paroi, pour se raccorder au collecteur d'entrée 106 du sur- chauffeur.
De ce collecteur 106 les tubes de surchauffeur 112 sont dirigés de bas en haut le long de la partie 104 de la paroi et ensuite dans les faisceaux de tubes en épingles à cheveux 114, 115 et 116 d'un surchauffeur primaire. Le dernier de ces faisceaux de tubes est raccordé par des tubes de sortie 118 à un collecteur 120 qui est relié par l'intermédiaire d'un régulateur modérateur de température de vapeur 122 à un collecteur d'entrée 124 d'un surchauffeur secondaire 1260 Ce dernier est représenté comme étant constitué de tubes verticaux en épingles à cheveux dont les extrémités de sortie sont reliées à un collecteur 130 d'où la vapeur, à la température finale, peut être envoyée à un point d'utilisation.
Au-dessous du surchauffeur primaire, dans le parcours de gaz 48, se trouve un économiseur comprenant des faisceaux tubulaires 132, 133 et 134. L'eau d'alimentation peut être envoyée par des dispositifs appropriés dans le collecteur d'entrée 136 de l'économiseur et l'eau d'alimentation ré- chauffée se rend du collecteur de sortie 138 de l'économiseur, par des con- nexions appropriées aux corps cylindrique 220
Les gaz de chauffe, après avoir passé de la chambre de combustion 10 sur le surchauffeur secondaire 126 dans le parcours 40 et sur les fais- ceaux 116, 115 et 114 du surchauffeur primaire et sur les faisceaux tubu- laires 132, 133 et 134 de l'économiseur dans le parcours descendant 48,
se rendent par un conduit 140 dans un réchauffeur d'air (non représenté @ Du conduit 140 un conduit 142 pourvu de registres papillons 143 est destiné à conduire une partie des gaz partiellement refroidis à l'entrée d'une soufflerie 144 dont la sortie st reliée à la canalisation 146 qui communi- que avec des ouvertures 148, représentées sur la fig.2, pour introduire des gaz remis en circuit dans les zones inférieures des deux parties de la chambre de combustion.
De préférence, le débit des gaz de recyclage dans les sections 142, 144, 146 et 148 est réglé par des dispositifs de réglage appropriés pour régler la vitesse de la soufflerie et/ou des dispositifs d'étranglement de l'écoulement, agissant en fonction de variables sélection- nées, par exemple, la température de la vapeur au collecteur de sortie ou au-delà du collecteur de sortie 130 du surchauffeur et l'allure de la pro- duction de vapeur.
Ces dispositifs de réglage sont agencés de telle façon que lorsque le degré de production de vapeur tombe par suite d'une diminu- tion de la demande, la vitesse de circulation des gaz de recyclage dans la chambre de combustion augmente dans une mesure suffisante pour maintenir une température finale prédéterminée de la vapeur surchaufféeo Une valve telle que le registre papillon 145 à 1 intérieur de la canalisation 146
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peut être réglée automatiquement en fonction des variables adéquates.
Figo 3 montre un certain nombre de tubes vaporisants 24 recourbés de façon à être déportés vers l'extérieur de la chambre de combustion dans une ouverture 148 pour former des vides entre les tubes en vue de permettre le passage des gaz recyclés. Comme c'est représenté, les sections de tubes
24a, 24b, 24c et 24d sont recourbés vers l'extérieur de manière à ménager des espaces libres entre les tubes adjacents, tels que 24e et 24f pour le passage des gazo Le courant de gaz, par exemple entre les sections de tubes
24e et 24f est divisé par la partie déportée 24a de façon à former deux ou- vertures 149 pour le passage des gazo Pour que les gaz recyclés puissent prendre la vitesse désirée et pour qu'ils puissent être convenablement ré- partis en travers de la chambre de combustion,
quelques unes des ouvertures ménagées entre les tubes, telles que 24f et 24g, sont fermées par des pla- ques de cloisonnage planes 151 et 153 soudées aux tubes 24f et 24g. Comme c'est représenté, les espaces sont en ordre alterné fermé au moins partiel- lement par ces plaques de cloisonnage. La disposition et l'étendue de ce cloisonnage sont déterminées par la répartition et la vitesse désirées des gaz recyclés déchargés dans les ouvertures 1480 La construction pour l'en- trée des gaz représentée sur la fig. 3 constitue un écran protecteur ef- ficace de la canalisation conduisant aux ouvertures.
L'introduction des gaz recyclés à l'endroit désiré réduit au mini- mum le mélange de ces gaz avec l'air et le combustible et les produits frais de la combustion. Ce mélange est aussi réduit au minimum par la fai- ble vitesse des gaz recyclés à leur introduction et par la répartition ap- propriée des gaz aux ouvertures.
Figo 4 montre la canalisation 146 à proximité de la paroi 28 de la chambre de combustion, se divisant en deux branchements divergents 160 et 162 se dirigeant vers les ouvertures correspondantes 1480 Les gaz recy- clés pénètrent dans la cahmbre de combustion aux points 164 et 166 adjacents à ces ouvertures, comme c'est indiqué par les flèches 168 et 170. Cette dis- position en branchements favorise la répartition uniforme du courant de gaz recyclés dans les différentes parties de la chambre de combustion et cette répartition est secondée par les plaques de guidage, ou plaques séparatri- ces, 172 et 174 disposées à l'intérieur des branchements 162 et 160 respec- tivement, de la manière représentée.
Cette construction joue également le rôle d'un dispositif de retenue empêchant le mouvement inverse des gaz re- oyclés d'une partie de la chambre de combustion dans le conduit et de celui- ci à une autre partie de la chambre de combustion lorsque les gaz recyclés ont une faible vitesse.
En vue d'empêcher la circulation inverse des gaz de combustion dans le système de recyclage des gaz lorsque celui-ci est hors d'action, les quatre parcours par les branchements 160 et 162 sont reliés par des conduites correspondantes 155 à l'entrée d'air froid du réchauffeur d'air et à la sortie d'un ventilateur à tirage forcé, le réglage du courant d'air de chaque conduite étant effectué par un registre papillon 157 normalement fermé lorsque le système de recyclage des gaz est en action.
De la description qui précède il ressort que le groupe est chauffé par des brûleurs agencés pour débiter à travers une paroi de la chambre de combustion à une extrémité du fond en trémie t à une notable distance au dessus de ce fond et que les gaz recyclés sont introduits dans la chambre de combustion par un jeu d'ouvertures formées dans la paroi de celle-ci à l'autre extrémité du fond en trémie et à un niveau inférieur à celui des brûleurs.
Comme les gaz recyclés ainsi introduits sont à une température inférieure à celle de la flamme et des produits frais de la combustion et
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sont relativement denses, les conditions sont propres à favoriser le rem- plissage de la partie inférieure adjacente de la chambre de combustion par des gaz à faible température, de telle sorte que les gaz à haute température sont chassés des surfaces tubulaires absorbant la chaleur à la partie infé- rieure de la chambre de combustion, réduisant ainsi le degré d'absorption de chaleur par les tubes vaporisants dans cette partie de la chambre.
L'introduction de gaz recyclés de la manière décrite non seulement tend à remplir le fond de la chambre de combustion de-gaz beaucoup plus froids que les gaz de la zone de combustion du combustible, mais tend aussi à former une enveloppa - de gaz recyclés de faible température autour de la flamme ou des éléments de combustion projectés à l'intérieur de la chambre de combustion dans la zone où le combustible brûlée L'enveloppement a pour effet d'intercaler des gaz recyclés entre les flammes ou les gaz à haute température et les surfaces tubulaires des parois de la chambre de combus- tion au-dessus du fond en trémie.
En dehors de l'action protectrice qu'elle exerce, la couche de gaz recyclés intercalée réduit la surface des parties de la chambre de combustion exposée au rayonnement de chaleur à haute tem- pérature et diminue la durée du séjour des gaz à haute température à l'in- térieur de cette chambre. Il en résulte que la proportion de la chaleur totale disponible pour la surchauffe de.la vapeur est accrue.
Cet accroisse- ment de chaleur disponible des gaz de chauffe à la sortie de la chambre de combustion augmente la chaleur absorbée par le surchauffeur au-delà de cette sortie, de telle sorte qu'en même temps qu'un réglage approprié du degré de circulation des gaz, une action compensatrice est exercée sur la tendance naturelle du surchauffeur à produire lors d'une réduction de la demande de vapeur une température de vapeur finale inférieure à celle dési- rée.
Dans la variante représentée sur les figs. 5 et 6 la chambre de combustion est divisée en deux parties 180 et 182 séparées par une cloison 184, semblable à la paroi 60 de la fig. 2. Au-dessus des fonds en trémies 186 et 188 se trouvent des ouvertures de sortie 190 et 192 s'étendant sur toute la largeur des parois arrière des compartiments 180 et 182 de la cham= bre de combustion, les tubes de parois aux ouvertures étant disposés comme c'est indiqué en 194, 195 et 196 pour permettre une répartition du courant des gaz recyclés sur toute la largeur de ces paroi arrière. Cette répartition des gaz recyclés est indiquée par les flèches 198 sur la figo 6.
Le système de canalisation indiqué d'une façon générale en 200, comprend un conduit principal 202 divisé par une cloison séparatrice 204 située dans le prolongement de la paroi séparatrice 184 de la chambre de combustion et pendant le flux de gaz venant du conduit principal 202. Une subdivision supplémentaire du courant de gaz recyclés est effectuée par les plaques déviatrices auxiliaires ou plaques séparatrices 206 et 208 de telle façon qu'immédiatement à l'extérieur des tubes 194 des parois de la chambre de combustion se trouvent quatre chambres d'entrée 210, 211, 212 et 213 des gaz recyclés dans la chambre de combustion. Chacune de ces chambres est pourvue d'une conduite munie d'un registre papillon et raccordée à l'entrée d'air froid du réchauffeur d'air, les sorties de ces conduits étant indiquées en 220,221, 222 et 223.
REVENDICATIONS.
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This invention relates to tubular-type steam generator and superheater units and methods for operating such units, and particularly relates to tubular steam generator and superheater units of the kind comprising a section for generating steam by radiation. with combustion chamber provided with vaporizing wall tubes, a convection heating section comprising superheating devices and a gas recirculation or recirculation system, for returning the gases to the steam production section by radiation cooled by their contact with the heat exchanging surfaces by convection.
Such a group is shown in Belgian patent n. 513,646 by the Applicant, which describes a group having a combustion chamber provided with vaporizing wall tubes and having a hopper-shaped bottom and a gas outlet going from a higher region. - from the combustion chamber to a gas path containing a convection superheating device, a fluid fuel heating device, arranged to deliver from a heating wall of the combustion chamber into a region of this located above the bottom in the hopper and a recycling system arranged to recirculate at the bottom in the hopper the gases cooled by their contact with the heat exchange surfaces by convection.
In such a group, the final superheat temperature can be controlled over an extended load range by adjusting the gas recirculation rate. Since the regulating action of the recycle gases on the superheat temperature depends in part on the covering effect which the gases exert on the vaporizing surfaces of the combustion chamber, it is desirable to avoid rapid mixing of the combustion gases. recycling with air and fuel and fresh combustion products.
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A difficulty encountered in the operation of a steam generator and superheater having a system for recirculating in the steam generating section by radiating the group of gases cooled by contact with the surfaces of the steam. heat exchange by convection, is that when the system is not operating, a reverse current is likely to occur in the system of the hot combustion gases. Apart from the resulting reduction in thermal efficiency, reverse current can cause equipment overheating and damage.
The present invention relates to a tubular steam generator and superheater unit which has a combustion chamber provided with vaporizing wall tubes and having a hopper-shaped bottom and a gas outlet extending from an upper region of the chamber to a flow path. gas containing a convection superheating device, a fluid fuel heater, arranged to discharge from a heating wall of the combustion chamber into a region thereof located above the hopper bottom, and a gas recycling system capable of recirculating in the bottom in the hopper the gases cooled in contact with the heat exchange surfaces by convection,
the steam superheating generator group being characterized in that the heating wall is located at one end of the hopper bottom and that the gas recirculation system is arranged to discharge the gases put back into circuit by the wall of the chamber. combustion bre located at the opposite end of this hopper bottom and in a region of this chamber below the heating device.
In a preferred embodiment, the heater comprises a series of horizontal rows of burners, vertically spaced apart, the heating by the burners of the different rows being separately adjustable.
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The invention includes the method for carrying out this form of execution where the burners of different rows are operated simultaneously to meet a high demand for steam, while when the demand for steam decreases the operation of a lower row of burners. is interrupted and at the same time recirculated gases are projected into the combustion chamber in a direction opposite to that of the projection of fuel and air by the burners remaining in operation, the heating and the gas recirculation being coordinated correlatively to ensure the desired production and a predetermined final steam temperature.
The invention also relates to the operating mode of this embodiment where, over a whole range of charges, the recycle gases are projected at a variable speed, in order to obtain a predetermined final vapor temperature, inside the chamber. of combustion in the direction opposite to that of gas and air projection and where., in the case of a strong demand for steam, this demand is satisfied by the projection of the fuel in an area at an average level intermediate the height of the combustion chamber, while in the case of a lower demand for steam, the demand is satisfied by the admission of the fuel at a lower speed and by the projection of the fuel in a zone whose average level is higher than the average level of the area corresponding to high demand.
The invention further relates to the mode of operation of this embodiment where. the burners of different rows are operated simultaneously to meet a demand for steam while when the demand decreases the degree of fuel consumption by the burners of a lower row of active burners is reduced at the same time as, to obtain a predetermined final temperature of the vapor, the recirculated gases are projected inside the combustion chamber at an increased rate and in a direction opposite to that of the projection of fuel and air.
The invention also relates to a tubular steam generator and superheater unit having a section for producing steam by radiation comprising a combustion chamber with tubes of vaporizing walls, a heating section by convection comprising a superheating device and a heating system. gas recirculation comprising a recirculation blower for returning the gases cooled by their contact with the heat exchange surfaces by convection to the steam generating section by radiation, the group being characterized in that the piping of the heating system gas recycling is provided with devices such as butterfly registers and arrangements are made to prevent that when the registers are closed,
the pipe is not traversed by the hot combustion gases while maintaining a relatively cold gaseous fluid stream from the pipe to the combustion chamber.
The invention will be described hereinafter by way of example, with reference to the attached partially schematic drawings in which: Fig. 1 is a side elevational view in vertical section of a tubular steam generator and superheater unit , high pressure and large capacity capable of producing high temperature and high pressure steam;
Fig. 2 is a front elevational view partially in section taken along line 2-2 of Fig.1;
Fig. 3 is a partial view in horizontal section along the line
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3-3 of Figol;
Figo 4 is a horizontal section, following line 4-4 of figo
2, showing a duct system constructed near the ports through which recirculated gases enter the combustion chamber;
Fig. 5 is a partial view in longitudinal vertical section of a divided combustion chamber where the openings for the entry of recycle gases into the combustion chamber extend substantially over the entire width of the rear wall of the combustion chamber, and
Figo 6 is a horizontal section taken along line 6-6 of fig.
5, showing a system of ducts for the passage of the re-circuited gases to the combustion chamber.
In Figo 1 the combustion chamber 10 has a front wall
12 comprising vaporizing tubes 14 starting from a lower manifold
16 to go beyond the three horizontal rows of burners 18,
19 and 20, to a cylindrical body of steam and water 22. On the opposite wall 28 of the combustion chamber, vaporizing tubes from a manifold 26 rise along the wall to the wall. to an arch 30, in the lower wall of which a number of tubes extend to the tip of the arch. From the tip of the arc 30 some of the tubes 24 rise, acting as screen tubes 32, across the gas outlet of the combustion chamber to the sky 34 thereof. then run along the sky and are connected to the cylindrical body 22 by connecting sections 36.
Other tubes of the vaporizing bundle 24 include sections 38 disposed along the lower portion of the gas path 40 of the superheater and at the outlet of this gas path these tubes extend vertically.
From the outlet 42 of the gas path 40 the tubes extend along the parts 50 and 34 of the sky to the connection sections with the cylindrical body 22. At this outlet, some of the vaporizing tubes are offset with respect to their vertical wall formation, as indicated at 44 to form a tubular screen through which the combustion gases pass in a turn 46 at the top of a downward gas path 480 Other tubes of the bundle vaporizing from the wall 28 are connected at their upper ends to an intermediate manifold 52 from which other wall tubes 54 are connected beyond the outlet 42 of the superheater gas path,
to an upper manifold 54 connected to the cylindrical body 22 by ciroulators 56 and 58 for the passage of the steam and water mixtures.
The combustion chamber 10 is divided into two parts by a dividing wall 60 formed by vaporizing tubes extending vertically from the collectors 62 and 64 and connected to the cylindrical body 22 by suitable collectors and tubes. As shown in Fig. 2, the lower parts of the tubes connected to the collectors 62 and 64 are inclined respectively along the walls 86 'and 72' of the hopper-shaped bottoms.
In the upper part of the combustion chamber some of the tubes of the partition wall 60 include sections 66 offset to the right of the partition, as shown, and other tubes include sections 68 offset towards the right. left, as shown, with a view to equalizing the pressure by establishing gas communication between the two parts of the combustion chamber. Other vaporizing tubes 70 extend from the collector 64, along the inclined wall 72 from bottom to hopper and then from bottom to top along
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from wall 74 to an upper side wall manifold such as that shown at 76, Fig.1.
This manifold is in communication with the cylindrical body 22 by circulators 780. Similarly, other vaporizing tubes 80 extending from the manifold 62 include lower sections 84 inclined along the wall 86 of the hopper bottom and. sections extending along the wall 82 of the combustion chamber to an upper side wall manifold connected by circulators to the cylindrical body 22.
Intakes 90 and 92 for the flow of steam from the steam chamber of the cylindrical body 22 extend therefrom along the shell 94 of the shell 94 to a manifold 96 from which tubes of. Superheater inlet 98 runs to the right and then up and down along part 100 of the wall and successive parts 102 and 104 of the wall to a heater inlet manifold 106. Further superheater inlet tubes 110, starting from manifold 96, run immediately up and down and then across the sky 112 above throttle turn 46, then up and down along the portions. 102 and 104 of the wall, to connect to the inlet manifold 106 of the superheater.
From this manifold 106 the superheater tubes 112 are directed from bottom to top along part 104 of the wall and then into the hairpin tube bundles 114, 115 and 116 of a primary superheater. The last of these tube bundles is connected by outlet tubes 118 to a manifold 120 which is connected via a steam temperature moderating regulator 122 to an inlet manifold 124 of a secondary superheater 1260 Ce The latter is shown as consisting of vertical hairpin tubes, the outlet ends of which are connected to a manifold 130 from which steam, at the final temperature, can be sent to a point of use.
Below the primary superheater, in gas path 48, is an economizer comprising tube bundles 132, 133 and 134. Feed water can be sent by suitable devices into inlet manifold 136 of the tank. The economizer and the heated feed water goes from the economizer outlet manifold 138, through appropriate connections to the cylindrical bodies 220
The heating gases, after having passed from the combustion chamber 10 over the secondary superheater 126 into the path 40 and over the bundles 116, 115 and 114 of the primary superheater and over the tube bundles 132, 133 and 134 of the economiser in the descending path 48,
go through a duct 140 into an air heater (not shown @ From the duct 140 a duct 142 provided with butterfly dampers 143 is intended to lead a portion of the partially cooled gases to the inlet of a blower 144, the outlet of which is connected to the pipe 146 which communicates with openings 148, shown in FIG. 2, for introducing recirculated gases into the lower zones of the two parts of the combustion chamber.
Preferably, the flow rate of the recycle gases in sections 142, 144, 146 and 148 is regulated by suitable regulators to regulate the speed of the blower and / or the flow restrictors, acting accordingly. of selected variables, for example, the temperature of the steam at the outlet manifold or beyond the outlet manifold 130 of the superheater and the rate of steam generation.
These regulators are arranged in such a way that when the degree of steam production falls as a result of a decrease in demand, the rate of circulation of the recycle gases in the combustion chamber increases to a sufficient extent to maintain. a predetermined final temperature of the superheated steam o A valve such as the butterfly register 145 to 1 inside the pipe 146
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can be adjusted automatically according to the appropriate variables.
Figo 3 shows a number of vaporizing tubes 24 curved so as to be offset outwards from the combustion chamber in an opening 148 to form voids between the tubes in order to allow the passage of the recycled gases. As shown, the pipe sections
24a, 24b, 24c and 24d are curved outwardly so as to leave free spaces between adjacent tubes, such as 24e and 24f for the passage of gas The gas stream, for example between the sections of tubes
24e and 24f is divided by the offset part 24a so as to form two openings 149 for the passage of the gases So that the recycled gases can take the desired speed and so that they can be suitably distributed across the chamber combustion,
some of the openings between the tubes, such as 24f and 24g, are closed by flat partition plates 151 and 153 welded to the tubes 24f and 24g. As shown, the spaces are in alternating order closed at least partially by these partition plates. The arrangement and extent of this partitioning is determined by the desired distribution and velocity of the recycle gases discharged into the openings 1480 The construction for the gas inlet shown in FIG. 3 constitutes an effective protective screen for the pipe leading to the openings.
Introducing the recycled gases to the desired location minimizes the mixing of these gases with air and fuel and fresh combustion products. This mixing is also reduced to a minimum by the low speed of the recycled gases at their introduction and by the appropriate distribution of the gases at the openings.
Figo 4 shows the pipe 146 near the wall 28 of the combustion chamber, dividing into two divergent connections 160 and 162 leading to the corresponding openings 1480 The recycled gases enter the combustion chamber at points 164 and 166 adjacent to these openings, as indicated by arrows 168 and 170. This branching arrangement promotes the uniform distribution of the stream of recycled gases in the different parts of the combustion chamber and this distribution is assisted by the plates of guide, or separator plates, 172 and 174 disposed within the branches 162 and 160, respectively, as shown.
This construction also acts as a retainer preventing the reverse movement of the gases re-circulated from one part of the combustion chamber into the duct and from the latter to another part of the combustion chamber when the gases. recycled have a low speed.
In order to prevent the reverse circulation of the combustion gases in the gas recycling system when the latter is inoperative, the four paths through the connections 160 and 162 are connected by corresponding pipes 155 to the inlet of cold air from the air heater and at the outlet of a forced draft fan, the air flow adjustment of each duct being effected by a butterfly damper 157 normally closed when the gas recirculation system is in operation.
From the above description it emerges that the group is heated by burners arranged to deliver through a wall of the combustion chamber at one end of the hopper bottom t at a significant distance above this bottom and that the recycled gases are introduced into the combustion chamber through a set of openings formed in the wall thereof at the other end of the hopper bottom and at a level lower than that of the burners.
As the recycled gases thus introduced are at a temperature lower than that of the flame and of the fresh products of combustion and
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are relatively dense, the conditions are such as to favor the filling of the adjacent lower part of the combustion chamber with low temperature gases, so that the high temperature gases are driven from the heat-absorbing tubular surfaces at the bottom. lower part of the combustion chamber, thus reducing the degree of heat absorption by the vaporizing tubes in this part of the chamber.
The introduction of recycle gases in the manner described not only tends to fill the bottom of the combustion chamber with gases much cooler than the gases in the fuel combustion zone, but also tends to form an envelope of recycle gases. of low temperature around the flame or the combustion elements projected inside the combustion chamber in the zone where the fuel burnt The envelopment has the effect of inserting recycled gases between the flames or the gases at high temperature and the tubular surfaces of the walls of the combustion chamber above the hopper bottom.
Apart from the protective action which it exerts, the interleaved layer of recycled gases reduces the surface area of the parts of the combustion chamber exposed to heat radiation at high temperature and decreases the residence time of the high temperature gases at the interior of this room. As a result, the proportion of the total heat available for superheating the steam is increased.
This increase in the heat available from the heating gases at the outlet of the combustion chamber increases the heat absorbed by the superheater beyond this outlet, so that together with an appropriate adjustment of the degree of circulation gases, a compensating action is exerted on the natural tendency of the superheater to produce, during a reduction in steam demand, a final steam temperature lower than that desired.
In the variant shown in FIGS. 5 and 6 the combustion chamber is divided into two parts 180 and 182 separated by a partition 184, similar to the wall 60 of FIG. 2. Above the hopper bottoms 186 and 188 are outlet openings 190 and 192 extending the full width of the rear walls of combustion chamber compartments 180 and 182, the wall tubes at the openings. being arranged as indicated in 194, 195 and 196 to allow a distribution of the stream of recycled gases over the entire width of these rear walls. This distribution of the recycled gases is indicated by the arrows 198 in figo 6.
The pipe system indicated generally at 200, comprises a main duct 202 divided by a dividing wall 204 located in the extension of the dividing wall 184 of the combustion chamber and during the flow of gas coming from the main duct 202. Further subdivision of the recycle gas stream is effected by the auxiliary deflector plates or separator plates 206 and 208 so that immediately outside the tubes 194 of the walls of the combustion chamber are four inlet chambers 210, 211, 212 and 213 of the gases recycled in the combustion chamber. Each of these chambers is provided with a duct provided with a butterfly damper and connected to the cold air inlet of the air heater, the outlets of these ducts being indicated at 220, 221, 222 and 223.
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