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La présente invention se rapporte à des échangeurs de chaleur et particulièrement à un système de recirculation de gaz tel que celui qu'on utilise conjointement avec un é- changeur de chaleur rotatif à régénération comportant deux zones primaire et secondaire de chauffage d'air.
Dans un échangeur de chaleur rotatif à régénération un rotor cylindrique comporte des compartiments qui contien- nent des plaques métalliques de transfert de chaleur qui, lorsque le rotor tourne, sont d'abord exposées aux gaz de chauffage puis disposées dans un passage d'air pour communi- quer la chaleur absorbée à l'air de refroidissement qui les traverse. Le rotor est entouré par une enveloppe munie de pla ques d'extrémités où de plaques à secteurs comportant des ouvertures permettant l'écoulement de gaz chaud et d'air de refroidissement à travers elles.
Le rotor d'un échangeur de chaleur rotatif à régé- nération peut avoir une zone primaire de chauffage de l'air et une zone secondaire en y créant deux sections indépendan- tes à travers lesquelles de l'air et du gaz peuvent circuler en quantités nécessaires pour obtenir des courants séparés d'air aux diverses températures désirées, comme par exemple de l'air primaire et de l'air secondaire pour la combustion de combustible. Un préchauffeur d'air de ce type est décrit dans le brevets des Etats-Unis d'Amérique n 2.347.857 dépo- sé le 15 octobre 1941 et constitue l'appareillage de base comportant le système de recirculation conforme à la présente ' invention.
Ordinairement, une chaudière ayant un'économiseur est disposée de telle façon que tous les produits gazeux de
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combustion qui sortent de l'économiseur traversent l'echan- geur de chaleur (par exemple le pré-chauffeur d'air-) vers un ventilateur producteur de courant. Sur le côté air de l'échan- geur de chaleur, de l'air provenant d'un ventilateur à courant forcé traverse l'échangeur de chaleur où il absorbe de la cha- leur du gaz avant de continuer jusqu'au point d'utilisation.
Les températures usuelles des gaz de l'économiseur varient de 343 à 399 0 et, après traversée de l'échangeur de chaleur elles sont réduites à 135-163 C, la chaleur du gaz étant cé- dée à l'air secondaire qui est pré-chauffé à des températu- res entre 260 et 315 C. Très souvent, du charbon humide dans les broyeurs d'une chaudière chauffée au charbon exige une température quelque peu plus élevée de l'air primaire, de 343 à 399 C pour sécher le charbon correctement et maintenir sa finesse, afin qu'il brûle dans la zone correcte à l'inté- rieur du foyer. En conséquence, un pré-chauffeur capable de fournir simultanément plusieurs degrés d'air pré-chauffé est essentiel pour un système de ce genre et constitue la base de la présente invention.
Comme pour l'air primaire, il faut des températures de 343 à 399 C, du gaz à haute température est prélevé en a- mont de l'économiseur ou de quelqu'autre aone semblable de la chaudière où la température doit être de 427 à 538 C; afin de produire une réserve suffisante de température à l'intérieur du pré-chauffeur d'air pour effectuer le transfert de chaleur désiré. Si l'efficacité thermique de la section d'air primaire du rotor est sensiblement la même que l'efficacité thermique de la section d'air secondaire, le gaz quittant la section d'air primaire sera à 204-315 C au lieu de 135-163 C pour les gaz quittant la section d'air secondaire.
Si alors les deux courants de gaz sont mélangés, la température moyenne du gaz quittant le pré-chauffeur sera plus élevée qu'il n'est
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nécessaire, ce qui proluira une perte d'efficacité 'pour la chaudière. En outre, lorsqu'on prélève du gaz à haute tempéra- ture à l'avant de l'économiseur, en quantité d'environ 20% @ du gaz total, le débit massif sur l'économiseur sera'diminué et affectera le comportement de l'économiseur. L'effet que l'on peut prévoir, d'une façon générale, est une élévation moins grande de la température de l'eau, ce qui, à son tour, exige la combustion d'une plus grande quantité de combustibla ou cause une perte d'efficacité de la chaudière.
En conséquence,un but général de la présente inven- tion est d'utiliser efficacement le contenu thermique des gaz d'échappement à température élevée provenant d'une zone d'air primaire d'un pré-chauffeur d'air à zones de températures.
Un autre but de la présente invention est de procurer une disposition selon laquelle le gaz de la section primaire d'un pré-chauffeur dtair à zones de températures peut être ramené la chaudière en amont de l'économiseur pour rétablir le débit massif à travers ce dernier.
L'invention sera mieux comprise au cours de la des- cription détaillée suivante d'une forme d'exécution donnée à titre d'exemple en se référant au dessin annexé, dans lequel - la figure 1 montre schématiquement en élévation latérale, une installation de chaudière utilisant la,présen- @ te invention; @ - la figure 2 est une vue fragmentaire, en plan, du rotor du réchauffeur d'air rotatif.
Si on se reporte plus¯,particulièrement à lafigure 1, l'installation représentée comprend une chaudière 10 qui peut être de tout type désiré, et qui comporte un foyer 12 agencé pour la combustion de charbon en poudre comme combus- tible. Les produits de la combustion, après être sortis du
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foyer 12, passe sur un surchauffeur 14 puis sur un économi- seur 16 avant de passer dans la conduite 20 conduisant au côté gaz d'un pré-chauffeur d'air à zones de températures 26.
Le pré-chauffeur d'air représenté schématiquement est un pré-chauffeur d'air rotatif à régénération et à zones µle températures, caractérisé par un rotor 21 qui comporte des zones de températures séparées disposées concentriquement, in- ternes et externes 24, 25 à travers l'une desquelles on peut faire circuler de l'air ou du gaz en quantités voulues pour obtenir des courants d'air séparés aux diverses températures désirées.
La quantité de chaleur communiquée aux volumes d'aii qui traversent les deux zones de chaleur séparées du pré- chauffeur peut être modifiée en prévoyant des superficies différentes de transfert de chaleur dans les sections primai* re et secondaire 24 et 25.
Les registres 32 et 34 dans les conduites reliées au passage de gaz adjacent à l'économiseur et en amont de celui-ci règlent le volume de gaz à haute température à di- riger vers ou en provenance de la section primaire 24 du pré-chauffeur d'air. Un registre 36 adjacent à la sortie de gaz primaire peut être réglé pour la régulation de la quanti* té du gaz d'échappement de la section primaire 24 qui doit être remis en circulation par le ventilateur 40 pour revenir à travers la conduite 42 à l'économiseur 16.
Un registre 38 établi dans la conduite d'arrivée 44 à la section primaire 24 peut être ouvert pour relier la con- duite 44 et l'arrivée de gaz 20 afin de fournir aux deux sec- tions, primaire et secondaire du gaz provenant de l'économi- seur pour qu'elles fonctionnent comme un seul ensemble à une température Constante et non pas comme des sections indivi- duelles de chauffage à des températures différentes.
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En réglant- Les registres comme décrit, la quantité de gaz qui traverse le pré-chauffeur d'air peut être répartie de telle façon entre les sections primaire et secondaire du rotor et la quantité de gaz remise en circulation à l'écono- miseur peut être réglée de telle façon que la température de: éléments de chauffage à l'intérieur du pré-chauffeur puisse être maintenue à toute valeur désirée afin de transmettre une quantité de chaleur particulière en fluide fourni par le ventilateur de courant d'air forcé 41 aux sections d'air pri- maire et secondaire 24 et 25 du pré-chauffeur d'air rotatif
26.
A titre d'exemple, ltair chauffé dans la section d'air primaire 24 sort par la conduite 45 à une température variant entre 343 et 399 C tandis que ltair pré-chauffé de la section d'air secondaire 25 sort à travers une conduite 47 à une température quelque peu plus basse, allant de 260 à 315 C.
Après que les gaz chauds de la conduite 44 ont pas- sé à travers la section de gaz primaire 24, dans la conduite de sortie 46, ils sont encore à une température considérable- ment supérieure à celle des gaz qui ont passé sur l'économi- seur 16, puis à travers la section de gaz secondaire 25 dans la conduite 48. Par comparaison, la température des gaz qui s'échappent de la section primaire 24 dans la conduite de sortie 46 vont de 204 à 316 C tandis que les gaz qui sortent dans la conduite 4 provenant de la section secondaire-25 vont de 135 à 163 C.
Comme les gaz de la section primaire con- tiennent encore une partie de leur teneur originelle en cha- leur, et sontà une température beaucoup plus élevée que cel- le des gaz qui s'échappent de la section secondaire, on a prévu leur retour, par la conduite 42 à un point situé en . avant de l'économiseur où ils sont combinés avec des gaz chauds de la chaudière pour entretenir un gros débit massif
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à travers l'économiseur et la section secondaire 25 du pré-- chauffeur 26 où ils cèdent encore davantage de chaleur avant d'être chassés dans l'atmosphère par un ventilateur à courant d'air /forcé (non représenté) .
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The present invention relates to heat exchangers and particularly to a gas recirculation system such as that which is used in conjunction with a rotary regenerative heat exchanger comprising two primary and secondary air heating zones.
In a regenerative rotary heat exchanger, a cylindrical rotor has compartments which contain metal heat transfer plates which, when the rotor rotates, are first exposed to the heating gases and then arranged in an air passage for communicate the heat absorbed to the cooling air passing through them. The rotor is surrounded by a casing provided with end plates or with sector plates comprising openings allowing the flow of hot gas and cooling air through them.
The rotor of a regenerating rotary heat exchanger can have a primary air heating zone and a secondary zone by creating two independent sections through which air and gas can circulate in quantities. necessary to obtain separate air streams at the various desired temperatures, such as for example primary air and secondary air for fuel combustion. An air preheater of this type is disclosed in US Pat. No. 2,347,857, filed October 15, 1941, and constitutes the basic apparatus including the recirculation system according to the present invention.
Usually, a boiler having an economizer is so arranged that all gaseous products of
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combustion output from the economizer pass through the heat exchanger (for example the air pre-heater) to a current-producing fan. On the air side of the heat exchanger, air from a forced-flow fan passes through the heat exchanger where it absorbs heat from the gas before continuing to the point of use.
The usual temperatures of the economizer gases vary from 343 to 399 0 and, after passing through the heat exchanger they are reduced to 135-163 C, the heat of the gas being transferred to the secondary air which is pre -heated to temperatures between 260 and 315 C. Very often wet coal in the crushers of a coal-fired boiler requires a somewhat higher temperature of the primary air, from 343 to 399 C to dry the charcoal correctly and maintain its fineness, so that it burns in the correct zone inside the fireplace. Accordingly, a preheater capable of simultaneously supplying several degrees of preheated air is essential for such a system and forms the basis of the present invention.
As for the primary air, temperatures of 343 to 399 C are required, high temperature gas is taken up from the economizer or some other similar area of the boiler where the temperature must be 427 to 538 C; in order to produce a sufficient reserve of temperature inside the air preheater to effect the desired heat transfer. If the thermal efficiency of the primary air section of the rotor is about the same as the thermal efficiency of the secondary air section, the gas leaving the primary air section will be at 204-315 C instead of 135 -163 C for gases leaving the secondary air section.
If then the two gas streams are mixed, the average temperature of the gas leaving the preheater will be higher than it is.
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necessary, which will prolong a loss of efficiency for the boiler. In addition, when high temperature gas is taken from the front of the economizer, in an amount of about 20% @ of the total gas, the bulk flow through the economizer will be reduced and will affect the behavior of the economizer. the economizer. The effect that can generally be expected is a lower rise in the temperature of the water, which in turn requires the combustion of more fuel or causes a loss of efficiency of the boiler.
Accordingly, a general object of the present invention is to efficiently utilize the thermal content of high temperature exhaust gases from a primary air zone of a temperature zone air preheater. .
Another object of the present invention is to provide an arrangement according to which the gas from the primary section of a temperature zone air preheater can be returned to the boiler upstream of the economizer in order to restore the bulk flow through it. latest.
The invention will be better understood during the following detailed description of an embodiment given by way of example with reference to the appended drawing, in which - Figure 1 shows schematically in side elevation, an installation of boiler using the present invention; - Figure 2 is a fragmentary plan view of the rotor of the rotary air heater.
Referring more particularly to Figure 1, the installation shown comprises a boiler 10 which may be of any desired type, and which comprises a hearth 12 arranged for the combustion of powdered coal as fuel. The products of combustion, after leaving the
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hearth 12, passes over a superheater 14 then onto an economiser 16 before passing into the pipe 20 leading to the gas side of an air preheater with temperature zones 26.
The air preheater shown schematically is a rotary air preheater with regeneration and with μle temperature zones, characterized by a rotor 21 which has separate temperature zones arranged concentrically, internal and external 24, 25 to one of which can be circulated air or gas in desired amounts to provide separate air streams at various desired temperatures.
The amount of heat imparted to the volumes of ai passing through the two separate heat zones of the preheater can be varied by providing different heat transfer areas in the primary and secondary sections 24 and 25.
The registers 32 and 34 in the conduits connected to the gas passage adjacent to the economizer and upstream of the latter regulate the volume of high temperature gas to be directed to or from the primary section 24 of the preheater. of air. A damper 36 adjacent to the primary gas outlet can be set to regulate the amount of exhaust gas from the primary section 24 which must be recirculated by the blower 40 back through line 42 to the end. 'economizer 16.
A register 38 established in the inlet line 44 at the primary section 24 can be opened to connect the line 44 and the gas inlet 20 to supply the two sections, primary and secondary, with gas from the line. economizer so that they operate as a single unit at a constant temperature and not as individual heating sections at different temperatures.
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By adjusting the dampers as described, the amount of gas passing through the air preheater can be distributed in such a way between the primary and secondary sections of the rotor and the amount of gas recirculated to the economizer can be distributed in such a way. be regulated in such a way that the temperature of the heating elements inside the preheater can be maintained at any desired value in order to transmit a particular amount of heat in the fluid supplied by the forced draft fan 41 to the primary and secondary air sections 24 and 25 of the rotary air pre-heater
26.
By way of example, the air heated in the primary air section 24 exits through line 45 at a temperature varying between 343 and 399 ° C. while the pre-heated air of the secondary air section 25 exits through a duct 47 at a somewhat lower temperature, ranging from 260 to 315 C.
After the hot gases from line 44 have passed through the primary gas section 24 into outlet line 46, they are still at a considerably higher temperature than the gases which have passed over the economi - Seur 16, then through the secondary gas section 25 in the pipe 48. By comparison, the temperature of the gases which escape from the primary section 24 in the outlet pipe 46 range from 204 to 316 C while the gases which exit in line 4 coming from secondary section-25 range from 135 to 163 C.
As the gases from the primary section still contain part of their original heat content, and are at a much higher temperature than that of the gases escaping from the secondary section, provision has been made for their return. via line 42 to a point at. before the economizer where they are combined with hot gases from the boiler to maintain a large massive flow
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through the economizer and the secondary section 25 of the preheater 26 where they release even more heat before being vented into the atmosphere by a draft / forced fan (not shown).