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Cette invention concerne des générateur de vapeur à circulation naturelle et particulièrement des générateurs ou l'eau d'alimentation est amenée à des températures inférieures aux températures de saturation correspondant a.ux pressions du fonctionnement des générateurs.
La force ou la hauteur de charge optimum pour produire l'écoulement par circulation naturelle est atteinte lorsque la . température de l'eau en circulation pénétrant dans les tubes vaporisants se trouve à la température de saturation correspondant à la pression au point d'entsée dans les tubes vaporisants.
Dans les générateurs de vapeur connus, il était d'usage d'introduire l'eau d'alimentation directement à l'intérieur des
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chambres collectrices d'eau des corps cylindriques de vapeur et d'eau. Lorsque l'eau d'alimentation ainsi introduite dans le corps cylindrique d'un générateur de vapeur se trouve à une température notablement inférieure à la température de satura- tion correspondant à la pression, la température résultant du mélange de l'eau de la chaudière avec l'eau d'alimentation est inférieure à la température de saturation. L'eau d'alimentation fournie aux différents circuits vaporisants doit par conséquent être chauffée à la température de saturation avant que commence la production réelle de vapeur.
Ce chauffage réduit la force ou la hauteur de charge totale provoquant la circulation, parce que la densité de l'eau dans la zone où le chauffage se produit est pratiquement constante jusqu'à ce que la production de vapeur commence.
La présente invention procure une disposition permettant à l'eau d'alimentation, introduite dans le système circulatoire d'un générateur de vapeur à une température sensiblement inférieure à la température de saturation, d'élever rapidement sa température, d'être déchargée dans les conduites de descente exemptes de bulles de vapeur et d'être envoyée à l'entrée des tubes vaporisants à la température de saturation ou sensiblement à la température de saturation correspondant à la pression qui règne à cette entrée.
un générateur .de vapeur à circulation naturelle suivant la présente invention possède un corps cylindrique de vapeur et d'eau qui est divisé en un compartiment de sortie et un comparti- ment d'entrée agencé pour recevoir les mélanges-de vapeur et d'eau venant des tubes vaporisants dont les entrées sont réunies par des dispositifs de liaison à une chambre d'eau dans le compartiment.extérieur et qui contient un dispositif séparateur de vapeur et d'eau aménagé pour recevoir la vapeur et l'eau du compartiment d'entrée et décharger la vapeur dans une chambre de vapeur et l'eau, qui ne possède qu'un faible restant de vapeur, dans une chambre d'eau à l'intérieur du compartiment de sortie,
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et un dispositif d'amenée de l'eau d'alimentation destiné à envoyer l'eau d'alimentation à une température inférieure à 'la température de saturation correspondant à la pression normale de fonctionnement du corps cylindrique et comprenant un premier tuyau de branchement disposé à l'intérieur de la chambre d'eau du compartiment de sortie et des dispositifs pour régler l'écoulement do l'eau d'alimentation à chacun des tuyaux de branchement.
L'invention sera décrite ci-après, à titre d'exemple, avec référence aux dessins partiellement schématiques annexés, dans lesquels:
Fig. 1 est une vue en coupe verticale longitudinale d'un groupe générateur et surchauffeur de vapeur;
Fig. 2 est une vue en coupe horizontale du corps cylindrique de vapeur et d'eau de la fig. 1, et
Fig. 3 est une coupe transversale du corps cylindrique devapeur et d'eau, à une plus grande échelle que la fig. 2 et suivant- la ligne 3-3 de celle-ci, montrant des éléments à l'intérieur- du corps cylindrique serapportant particulièrement à l'invention, mais omettant'certains tubes vaporisants entrants pour la clarté du dessin.
Les dessins représentent une forme d'exécution de groupe
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générateur et surch2uffeur' <'"!#?# vapeur destiné à fonctionner comme chaudière à. tabes d'eau utilisant la chaleur perdue, en empruntant la cheleur d'une source extérieure de gaz de chauffe à h?ute température. Une telle source peut être constituée. par un four métallurgique communément appelé four réverbère à cuivre ou four de fusion.
Le groupe comprend un gros-oeuvre refroidi par circu- lation de fluide possédant des parois latérales verticales 10, une paroi de face 11 et une paroi d'arc supérieure inclinée ou ciel 12, qui délimitent une chambre de combustion 13 recevant les gaz. Les gaz de chauffe à haute température provenant d'un
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four réverbère à cuivre (non représenté) sont admis' dans la chambre 13 par un conduit d'entrée 14 qui'est pourvu d'un cerneau 15 conve- nablement relié à l'avant de la chambre de combustion.
La partie inférieure de la chambre 13 affecte le. forme d'une trémie pré- sentant une paroi postérieure inclinée 16 dirigée de haut en bas vers l'avant et une paroi antérieure inclinée 17 dirigée de haut en bas vers l'arrière.
Une chaudière 18 à circulation naturelle à deux corps cylindriques est placée à l'arrière du gros-oeuvre à proxi- mité directe d'un conduit de sortie des gaz 19 réglé par un re- @ gsitre. La chaudière 18 est agencée pour un parcours des gaz, à simple passage dans une .direction générale horizontale, et comprend des tubes de chaudière verticaux disposés dans des fais- ceaux espèces horizontalement 20, 21 et 22 et raccordes par leurs
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e,:,tr'ilit8s supérieures et leurs e;xtr.3iit&s inférieures à des corps cylindriques supérieur et inférieur 23 et 24, respectivement.
Les tubes de chaudière 22 fonctionnent come colonnes descendantes fournissant de l'eau au corps cylindrique 24 qui, à son tour, four- nit de l'eau aux tubes de chaudière restants et à tous les circuits de circulation décrits Ci-après.
Les parois latérales 10, en avant de la chaudière 18 sont refroidies par circulation de fluide sur toute leur étendue par des tubes verticaux 25 et 26 de différentes longueurs qui sont disposés en une seule rangée le long des côtés intérieurs des parois latérales respectives. Dans chaque paroi, latérale 10, les tubes de refroidissement de celle-ci 25 et 26 sont raccordés par leurs extrémités supérieures à un collecteur supérieur commun 27 de la paroi latérale. A leurs extrémités inférieures, les tabès plus longs 25 sont raccordés à un collecteur inférieur 28 de la , paroi latérale, et les tubes plus courts 26 à un collecteur in- férieur 29 de paroi latérale. L'eau est amenée à. chaque collecteur de paroi latérale 28 par des tubes de descente 30, et à chaque collecteur de paroi,latérale 29 par des tubes de descente 31.
Les
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collecteurs supérieurs 27 des parois latérales :sont tous deux convenablement reliés au corps cylindrique supérieur 23 par.des tubes de montée 32.
La paroi inférieure postérieure inclinée 16 est garnie de tubes de refroidissement 33 dont les extrémités inférieures sont raccordées à un collecteur inférieur 34 qui reçoit de l'eau par los tubes de descente 37. La plupart des tubes 33 sont reliés à un collecteur inférieur 35 des plateaux et les autres sont reliés à un collecteur inférieur 36 des plateaux.
La paroi inférieure antérieure inclinée 17 est garnie de tubes refroidissants 38 branchés entre un collecteur inférieur 39 de paroi avant recevant de l'eau par des tubes de descente 31 et un collecteur,intermédiaire 40 de paroi avant. Le collecteur 40 est relié à un collecteur de ciel 42 par des tubes 43 s'étendant de bas en haut à proximité du conduit d'entrée 14 des gaz.
La paroi supérieure inclinée ou ciel 12 de la chambre de combustion est.garnie de tubes de refroidissement 44 dont les extrémités inférieures sont raccordées au collecteur de ciel 42 et'les extrémités' supérieures au corps cylindrique supérieur 23.
A l'arrière de la chambre de combustion 13 et espacés d'un-surchauffeur 45 en avant de celui-ci, des plateaux tubu- laires verticaux espacés transversalement 46 et 47 sont disposés dans des plans verticaux parallèles aux parois latérales 10.
Les tubes des plateaux 46 sont raccordés par leurs extrémités inférieures au collecteur inférieur 36 des plateaux et par leurs extrémités supérieures au collecteur supérieur 48 des plateaux. Les tubes de plateaux 47 sont raccordés par leurs extré- mités opposées au collecteur inférieur de plateaux 35 et au collecteur supérieur de plateaux 49. Les collecteurs supérieurs 48 et 49 sont raccordés au corps cylindrique supérieur 23 par des tubes de montée 50 et 51 respectivement.
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Les mélanges d'eau et de vapeur produits dans ces cir- cuits de circulation sont envoyés au corps cylindrique de vapeur et d'eau 23, comme c'est décrit ci-après et la vapeur saturée est surchauffée dans des surfaces de chauffe chauffées par convection.
Le surchauffeur 45 du type continu à boucles multiples est situé en avant du groupe chaudière 18, ses tubes 52 formant des boucles raccordées entre elles qui sont reliées par leurs extrémités opposées à des collecteurs d'entrée et de sortie de la vapeur 53 et 54, respectivement. La vapeur est conduite du corps cylindrique 23 au collecteur 53 par des tubes d'entrée 55 de la vapeur .
La vapeur passe alors par les tubes de surchauffeur 52 dans le collecteur de sortie 53 et de là par un conduit (non représenté) au point d'utilisation.
En service, les mélanges d'eau et de vapeur venant des tubes de montée sont déchargés dans un compartiment périphérique- ou d'entrée 56 séparé de la partie centrale du corps cylindrique par une paroi de compartimentage intérieure non perforée faite de plateaux 57. Les plateaux de paroi sont supportés par la paroi du corps cylindrique au moyen d'équerres de support espacées 58. Le compartiment périphérique 56 délimité par les plateaux de paroi s'étend longitudinalement à peu près sur toute la longueur du corps cylindrique et est fermé à ses extrémités par des plaques recourbées d'une manière correspondante. Une plaque horizontale 59 ferme l'extrémité supérieure du compartiment périphérique 56.
L'eau d'alimentation à une température de sur-saturation est amenée au corps cylindrique 23 dans une mesure correspondant à la décharge de vapeur de ce dernier, par un tuyau d'eau d'alimentation principal 60 possédant deux tuyaux d'embranchement 61 et 62. Le tuyau d'embranchement 62 s'étend longitudinalement à l'extérieur et à proximité du compartiment périphérique 56 et le tuyau d'embranchement 61 s'étend longitudinalement à l'intérieur
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du compartiment périphérique 56,
les deux tuyaux étant supportés par des co nsoles. Avant l'entrée dans le compartiment périphérique
56 le tuyau 61 est adapté à une plaque d'orifice 63 convenablement fixée par des assemblages à brides 64 et présentant des dimensions appropriées pour permettre l'écoulement suivant des conditions prédéterminées. Le tuyau d'eau d'alimentation principal 60 passe par la paroi du corps cylindrique de vapeur et d'eau 23 à une ' source réglée d'eau d'alimentation à une pression appropriée.
La majeure partie de l'eau d'alimentatin amenée est dirigée dans le tuyau d'embranchement 61. Ce tuyau possède une série longitudinale de trous de diamètre relativement petit 65 s' ouvrant vers l'intérieur sous un angle de 30 par rapport à la verticale, de telle sorte Que les jets d'eau d'alimentation qui en sortent frappent la branche en regard d'une plaque en forme.de cornière 66 et se brisent en courants dirigés de haut en bas vers l'intérieur, de façon à assurer un mélange intime de l'eau d'alimentation avec le mélange d'eau et de vapeur se déchargeant dans le compartiment périphérique 56 en provenance des différents circuits vaporisants. Ce mélange a pour effet de produire la condensation de la quantité de va.peur nécessaire à élever l'eau d'alimentation à la température de saturation.
Le fluide pénétrant dans le compartiment périphérique
56 en est déchargé par une rangée longitudinale de séparateurs cyclones de vapeur et d'eau 67 disposés verticalement. Le mélange de vapeur et d'eau du compartiment périphérioue 56 pénètre tangentiellement dans une chambre de tourbillonnement d es- séparateurs;, et une séparation centrifuge d'eau et de vapeur est effectuée suivant le fonctionnement bien connu de ces séparateurs. La vapeur séparée s'élève dans des épurateurs ou scrubbers à plaques ondulées 68 disposés en travers du sommet des séparateurs indi- viduels. La vapeur séparée est soumise à une séparation supplémen- taire dans un dispositif jumelé de scrubbers à plaques ondulées
69 et 70 avant de s'échapper par les tubes de décharge 55.
Etant
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donné qu'une séparation complète de la vapeur de 1-*,eau. est pratiquement. impassible dans certaines conditions, particuliè- rement dans la gamme supérieure des pres'sions de fonctionnement, une petite quantité de vapeur est habituellement retenue dans l'eau séparée qui est déchargée de haut en bas du fond des séparateurs dans un compartiment de sortie ou.
chambre d'eau 71 à un niveau inférieur au niveau normal de l'eau.-
Le tuyau d'embranchement 62 de l'eau d'alimentation présente une série longitudinale de trous de diamètre relativement petits 72, s'ouvrant vers le haut, de telle sorte que les jets d'eau d'alimentation qui en sortent sont intimement mélangés à l'eau séparée et la .vapeur retenue, se déchargeant du fond des séparateurs 67. Le courant d'eau d'alimentation dans le tuyau d'embranchement 62 est d'un débit suffisant pour.condenser la- faible quantité de vapeur retenue se déchargeant du fond des séparateurs et pour que la température de l'eau d'alimentation aux points d'entrée dans les branches à circulation ascendante. des circuits de circulation, par exemple en 25A, 33A et 38A soit approximativement la température de saturation correspondant à la pression au point d'entrée.
L'eau d'alimentation ainsi mélangée s'écoule de la chambre d'eau 71 par les tubes de descente 22, dont les extrémités supérieures sont situées à l'extérieur du compartiment périphérique 56, dans le corps cylindrique inférieur 24 et est alors répartie dans les divers circuits vaporisants, de la manière ci-dessus décrite.
Dans le cas de la circulation naturelle, la force de gravité disponible pour provoquer la circulation, résulte de la différence de densité des fluides dans les tubes de descente (cou- rant descendant) et les tubes de montée (courant ascendant) des circuits de circulation, respectivement. De façon idéale, le fluide dans les branches descendantes est de l'eau à la tempéra- ture de saturation ou à une température légèrement inférieure à celle-ci, et du point de vue de la circulation, non contaminée par
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des bulles de vapeur qui réduisent la densité dans les branches descendantes.
Les branches montantes avec absorption de chaleur, contenant le fluide à la température de saturation, transportent au corps cylindrique de la chaudière un mélange eau-vapeur de moindre densité que l'eau des branches à courant descendant, établissant ainsi la force dont on peut disposer pour la circu- lation. Suivant la présente invention, la vaporisation est amorcée et par conséquent la densité du fluide dans-les branches - à courant ascendant au système de circulation est réduite prompte- ment lorsque le fluide se met à absorber de la chaleur des gaz de chauffe.
Ainsi, la chaleur cédée par les gaz de chauffe au fluide du système circulatoire donne lieu à un degré optimum, de vaporisation dans les branches à circulation ascendante et par conséquent à une force optimum pour provoquer la circulation, vu que l'eau dans les branches à circulation descendante est exempte de bulles de vapeur.
Le courant dans le tuyau 62 doit être suffisant pour condenser la vapeur retenue, se déchargeant dans la chambre d'eau 71 à la sortie, des séparateurs 67 et pour assurer à l'eau pénétrant dans lesbranches à courant ascendant une température de saturation correspondant à la pression au point d'entrée.
En tenant compte des valeurs connues ou déterminables (1) du débit total d'eau d'al;imentatin (2) du débit total de la circu- lation, (3), de la température de l'eau d'alimentation pénétrant dans le tuyau d'embranchement 62, et qui dans le but de l'inven- tion est censée être une température de sursaturation, (4) de l'a.p- port de chaleur aux.tubes de descente 22 de la chaudière, (5) de la chaleur requise pour élever la température de l'eau d'alimentation de la température du liquide saturé correspondant à la pression du corps cylindriçue à la température du liquide saturé corres- pondant à le.
pression au point d'entrée des branches à courant ascendant, (6) du pourcentage de vapeur retenue dans l'eau séparée
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se déchargeant des séparateurs 67 dans la chambre d'eau du corps cylindrique, et (7) de la température de saturation correspon- dant à le. pression au point d'entrée des branches à courant. ascendant, on peut établir un bilan thermique pour déterminer la partie du courant d'eau d'alimentation à diriger dans le tuyau de branchement 62 de manière à obtenir la valeur désirée de le température du fluide à l'entrée des branches à courant ascendant.
A son tour, le courant au tuyau de branchement 61 est facilement déterminé et les dimensions de l'ouverture dans la pla- que d'orifice 63 sont choisies en conséquence pour maintenir sensiblement les proportions des courants ainsi établis sur la gamme de charges du groupe.
Il est bien entendu, évidemment, que d'autre dispositifs de réglage de l'eau d'alimentation aux tuyaux d'embranchement ' du système d'alimentation subdivisé peuvent être employés, tels qu'une valve de réglage dans l'un des branchements pour régler le courant en fonction de la différence de température entre un thermo-couple situé dans l'un des tubes de descente de la chaudière et un thermo-couple situé dans la sortie de vapeur saturée.
Le dispositif de subdivision de l'eau d'alimentation suivant la présente invention peut aussi être employé avec avantage dans les groupes générateurs et-surchauffeursde vapeur ayant des colonnes descendantes non chauffées envoyant de l'eau d'alimentation aux branches de montée du système de circulation.
Dans ce cas le but sera d'introduire une quantité d'eau d'alimentation dans le chambre d'eau du corps cylindrique de vapeur et d'eau suffisante pour condenser la vapeur retenue se déchargeant dans la chambre d'eau en provenance des séparateurs et obtenir que l'eau pénétrant dans les branches de descente se trouve à une température de saturation correspondant à la pression du corps cylindrique
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Ici encore un bilan thermique peut être dressé pour déterminer la fraction du courant d'eau d'alimentation à diriger dans le tuyau de branchement 62 pour obtenir la valeur désirée de la température du fluide à l'entrée des branches à courant descendant.
Ce courant étant établi,' les dimensions de l'orifice du tuyau de branchement 63 peuvent être mises au point.
REVENDICATIONS
1.- Générateur de vapeur à circulation naturelle, possédant un corps cylindrique de vapeur et d'eau qui est divisé en un compartiment de sortie et un compartiment d'entrée destiné à recevoir des mélanges de vapeur et d'eau en provenance de tubes vaporisants, dont Ips entrées sont réunies par des dispositifs de liaison à une chambre d'eau dans le compartiment de sortie, et qui contient des dispositifs séparateurs de vapeur et d'eau des- tinés à recevoir la vapeur et l'eau du compartiment d'entrée et à décharger la.
vapeur dans une chambre de vapeur tandis que l'eau' qui ne contient qu'un faible résidu de vapeur est déchargée dans une chambre d'eau à l'intérieur du compartiment de sortie, caractérisé en ce que les dispositifs d'amenée de l'eau d'alimen- tation sont a.gencés pour fournir l'eau d'alimentation à une tempé- rature inférieure à la température de saturation correspondant à la température de fonctionnement normal du corps cylindrique par un premier tuyau de branchement, disposé à l'intérieur du com- partiment d'entrée et un second tuyau de branchement disposé à l'intérieur de la chambre d'eau du compartiment de sortie, et des dispositifs sont prévus pour régler l'arrivée d'eau d'alimen- tation à chacun des tuyaux.de branchement.
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This invention relates to natural circulation steam generators and particularly to generators where the feed water is brought to temperatures below the saturation temperatures corresponding to the operating pressures of the generators.
The optimum load force or height to produce the natural circulation flow is reached when the. temperature of the circulating water entering the vaporizing tubes is at the saturation temperature corresponding to the pressure at the point of entry into the vaporizing tubes.
In known steam generators, it was customary to introduce the feed water directly into the interior of the
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water collecting chambers of cylindrical bodies of steam and water. When the feed water thus introduced into the cylindrical body of a steam generator is at a temperature considerably lower than the saturation temperature corresponding to the pressure, the temperature resulting from the mixing of the water in the boiler with feed water is below the saturation temperature. The feed water supplied to the various vaporizing circuits must therefore be heated to the saturation temperature before the actual production of vapor begins.
This heating reduces the total load force or height causing the circulation, because the density of the water in the area where the heating occurs is nearly constant until steam production begins.
The present invention provides an arrangement allowing the feed water, introduced into the circulatory system of a steam generator at a temperature substantially below the saturation temperature, to rapidly raise its temperature, to be discharged into the vessels. down pipes free of vapor bubbles and to be sent to the inlet of the vaporizing tubes at the saturation temperature or substantially at the saturation temperature corresponding to the pressure prevailing at this inlet.
A naturally circulating steam generator according to the present invention has a cylindrical body of steam and water which is divided into an outlet compartment and an inlet compartment arranged to receive the steam and water mixtures. from the vaporizing tubes, the inlets of which are joined by connecting devices to a water chamber in the exterior compartment and which contains a vapor and water separator device arranged to receive the vapor and water from the compartment. entry and discharge the steam into a steam chamber and the water, which has only a small amount of steam remaining, into a water chamber inside the outlet compartment,
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and a feed water supply device for sending the feed water at a temperature below the saturation temperature corresponding to the normal operating pressure of the cylindrical body and comprising a first branch pipe arranged inside the water chamber of the outlet compartment and devices for regulating the flow of feed water to each of the branch pipes.
The invention will be described below, by way of example, with reference to the attached partially schematic drawings, in which:
Fig. 1 is a view in longitudinal vertical section of a steam generator and superheater unit;
Fig. 2 is a horizontal sectional view of the cylindrical body of steam and water of FIG. 1, and
Fig. 3 is a cross section of the cylindrical body of vapor and water, on a larger scale than FIG. 2 and taken on line 3-3 thereof, showing elements within the cylindrical body pertaining particularly to the invention, but omitting certain incoming vaporizing tubes for clarity of the drawing.
The drawings represent a group embodiment
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generator and superheater '<' "! #? # steam intended to function as a water table boiler using waste heat, by borrowing the chelator from an external source of heating gas at high temperature. Such a source may consist of a metallurgical furnace commonly called a copper reverberation furnace or a melting furnace.
The group comprises a structural work cooled by the circulation of fluid having vertical side walls 10, a face wall 11 and an inclined upper arc wall or sky 12, which delimit a combustion chamber 13 receiving the gases. High temperature heating gases from a
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copper reverberant furnaces (not shown) are admitted into chamber 13 through an inlet duct 14 which is provided with a ring 15 suitably connected to the front of the combustion chamber.
The lower part of the chamber 13 affects the. in the form of a hopper having an inclined rear wall 16 directed from top to bottom towards the front and an inclined anterior wall 17 directed from top to bottom towards the rear.
A boiler 18 with natural circulation with two cylindrical bodies is placed at the rear of the structural work in direct proximity to a gas outlet duct 19 regulated by a regulator. The boiler 18 is arranged for a gas path, single passage in a general horizontal direction, and comprises vertical boiler tubes arranged in bundles horizontally 20, 21 and 22 and connected by their
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e,:, upper tr'ilit8s and their lower e; xtr.3iit & s to upper and lower cylindrical bodies 23 and 24, respectively.
The boiler tubes 22 function as descending columns supplying water to the cylindrical body 24 which, in turn, supplies water to the remaining boiler tubes and to all of the circulation circuits described below.
The side walls 10, in front of the boiler 18, are cooled by circulating fluid over their entire extent by vertical tubes 25 and 26 of different lengths which are arranged in a single row along the inner sides of the respective side walls. In each side wall 10, the cooling tubes thereof 25 and 26 are connected by their upper ends to a common upper manifold 27 of the side wall. At their lower ends, the longer tabs 25 are connected to a lower manifold 28 of the side wall, and the shorter tubes 26 to a lower manifold 29 of the side wall. Water is brought to. each side wall manifold 28 by down tubes 30, and each side wall manifold 29 by down tubes 31.
The
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upper manifolds 27 of the side walls: are both suitably connected to the upper cylindrical body 23 by riser tubes 32.
The inclined rear lower wall 16 is lined with cooling tubes 33, the lower ends of which are connected to a lower manifold 34 which receives water through the downpipes 37. Most of the tubes 33 are connected to a lower manifold 35 of the pipes. trays and the like are connected to a lower manifold 36 of the trays.
The inclined lower front wall 17 is lined with cooling tubes 38 connected between a lower collector 39 of the front wall receiving water by down tubes 31 and an intermediate collector 40 of the front wall. The collector 40 is connected to an overhead collector 42 by tubes 43 extending from bottom to top near the inlet duct 14 of the gases.
The inclined upper wall or sky 12 of the combustion chamber est.garnie with cooling tubes 44, the lower ends of which are connected to the header 42 and the upper ends to the upper cylindrical body 23.
Behind the combustion chamber 13 and spaced apart from a superheater 45 in front of it, transversely spaced vertical tubular trays 46 and 47 are disposed in vertical planes parallel to the side walls 10.
The tubes of the plates 46 are connected by their lower ends to the lower manifold 36 of the plates and by their upper ends to the upper manifold 48 of the plates. The tray tubes 47 are connected at their opposite ends to the lower tray manifold 35 and the upper tray manifold 49. The upper manifolds 48 and 49 are connected to the upper cylindrical body 23 by riser tubes 50 and 51 respectively.
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The water and steam mixtures produced in these circulating circuits are sent to the steam and water cylindrical body 23, as described below, and the saturated steam is superheated in heating surfaces heated by the water. convection.
The superheater 45 of the continuous type with multiple loops is located in front of the boiler group 18, its tubes 52 forming interconnected loops which are connected by their opposite ends to steam inlet and outlet manifolds 53 and 54, respectively. The steam is conducted from the cylindrical body 23 to the manifold 53 by inlet tubes 55 of the steam.
The steam then passes through the superheater tubes 52 into the outlet manifold 53 and from there through a conduit (not shown) to the point of use.
In service, the water and steam mixtures coming from the riser tubes are discharged into a peripheral or inlet compartment 56 separated from the central part of the cylindrical body by a non-perforated inner compartmentalization wall made of trays 57. Wall trays are supported by the wall of the cylindrical body by means of spaced support brackets 58. The peripheral compartment 56 delimited by the wall trays extends longitudinally approximately the entire length of the cylindrical body and is closed at its sides. ends by correspondingly curved plates. A horizontal plate 59 closes the upper end of the peripheral compartment 56.
The feed water at a super-saturated temperature is supplied to the cylindrical body 23 in an amount corresponding to the vapor discharge from the latter, through a main feed water pipe 60 having two branch pipes 61 and 62. The branch pipe 62 extends longitudinally outside and near the peripheral compartment 56 and the branch pipe 61 extends longitudinally inside.
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the peripheral compartment 56,
the two pipes being supported by co nsoles. Before entering the peripheral compartment
56 the pipe 61 is fitted to an orifice plate 63 suitably secured by flanged assemblies 64 and having suitable dimensions to allow flow under predetermined conditions. The main feed water pipe 60 passes through the wall of the cylindrical steam and water body 23 to a regulated source of feed water at an appropriate pressure.
Most of the feed water supplied is directed into branch pipe 61. This pipe has a longitudinal series of relatively small diameter holes 65 which open inward at an angle of 30 to the front. vertical, so that the jets of feed water coming out of it strike the branch opposite an angle-shaped plate 66 and break in currents directed from top to bottom inwards, so as to ensuring an intimate mixture of the feed water with the mixture of water and steam discharging into the peripheral compartment 56 from the various vaporizing circuits. This mixing has the effect of producing condensation of the amount of vapor necessary to raise the feed water to saturation temperature.
The fluid entering the peripheral compartment
56 is discharged from it by a longitudinal row of cyclone steam and water separators 67 arranged vertically. The mixture of steam and water from the peripheral compartment 56 penetrates tangentially into a separator swirl chamber 1, and centrifugal water and steam separation is effected according to the well known operation of these separators. The separated vapor rises in corrugated plate scrubbers or scrubbers 68 disposed across the top of the individual separators. The separated vapor is subjected to further separation in a twin device of corrugated plate scrubbers.
69 and 70 before escaping through the discharge tubes 55.
Being
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given that a complete vapor separation of 1 - *, water. is practically. impassive under certain conditions, particularly in the upper range of operating pressures, a small amount of steam is usually retained in the separated water which is discharged from top to bottom of the bottom of the separators into an outlet compartment or.
water chamber 71 at a level lower than the normal water level.
The feed water branch pipe 62 has a longitudinal series of relatively small diameter holes 72, opening upwardly, so that the jets of feed water emerging from it are intimately mixed. to separated water and retained vapor discharging from the bottom of separators 67. The feed water stream in branch pipe 62 is of sufficient flow rate to condense the small amount of retained vapor. discharging from the bottom of the separators and for the temperature of the feed water at the entry points in the upward circulation branches. circulation circuits, for example in 25A, 33A and 38A, ie approximately the saturation temperature corresponding to the pressure at the entry point.
The feed water thus mixed flows from the water chamber 71 through the down tubes 22, the upper ends of which are located outside the peripheral compartment 56, into the lower cylindrical body 24 and is then distributed in the various vaporizing circuits, in the manner described above.
In the case of natural circulation, the force of gravity available to cause circulation results from the difference in density of the fluids in the downpipes (downdraft) and risers (upflow) of the circulation circuits. , respectively. Ideally, the fluid in the descending branches is water at or slightly below saturation temperature, and from a circulation point of view, uncontaminated by
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vapor bubbles which reduce the density in the descending branches.
The rising branches with heat absorption, containing the fluid at the saturation temperature, transport to the cylindrical body of the boiler a water-vapor mixture of less density than the water of the downward branches, thus establishing the force available. for traffic. In accordance with the present invention vaporization is initiated and therefore the density of the fluid in the upflow branches to the circulating system is promptly reduced as the fluid begins to absorb heat from the flue gases.
Thus, the heat given up by the heating gases to the fluid of the circulatory system gives rise to an optimum degree of vaporization in the branches with upward circulation and consequently to an optimum force to cause the circulation, since the water in the branches downflow is free of vapor bubbles.
The current in the pipe 62 must be sufficient to condense the retained vapor, discharging into the water chamber 71 at the outlet, from the separators 67 and to ensure for the water entering the ascending branches a saturation temperature corresponding to the pressure at the entry point.
Taking into account the known or determinable values (1) of the total flow of al; imentatin water (2) of the total flow of the circulation, (3), of the temperature of the feed water entering the branch pipe 62, and which for the purpose of the invention is intended to be a supersaturation temperature, (4) from the heat input to the down pipes 22 of the boiler, ( 5) from the heat required to raise the temperature of the feed water from the temperature of the saturated liquid corresponding to the pressure of the cylindrical body to the temperature of the saturated liquid corresponding to the.
pressure at the inlet point of the ascending branches, (6) the percentage of vapor retained in the separated water
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discharging from the separators 67 into the water chamber of the cylindrical body, and (7) the corresponding saturation temperature. pressure at the entry point of the current branches. ascending, it is possible to establish a heat balance to determine the part of the feed water stream to be directed into the branch pipe 62 so as to obtain the desired value of the temperature of the fluid at the inlet of the ascending branches.
In turn, the current at the branch pipe 61 is easily determined and the dimensions of the opening in the orifice plate 63 are chosen accordingly to substantially maintain the proportions of the currents thus established over the load range of the group. .
It is of course understood that other devices for adjusting the feed water to the branch pipes of the subdivided supply system may be employed, such as a regulating valve in one of the branches. to adjust the current as a function of the temperature difference between a thermocouple located in one of the boiler downpipes and a thermocouple located in the saturated steam outlet.
The feed water subdivision device according to the present invention can also be employed with advantage in steam generator and superheater groups having unheated downcomers sending feed water to the riser branches of the heating system. circulation.
In this case the aim will be to introduce a quantity of feed water into the water chamber of the cylindrical body of steam and water sufficient to condense the retained steam discharging into the water chamber from the separators. and obtain that the water entering the descent branches is at a saturation temperature corresponding to the pressure of the cylindrical body
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Here again a heat balance can be drawn up to determine the fraction of the feed water stream to be directed into the branch pipe 62 in order to obtain the desired value of the temperature of the fluid at the inlet of the downdraft branches.
With this current established, the dimensions of the branch pipe opening 63 can be adjusted.
CLAIMS
1.- Steam generator with natural circulation, having a cylindrical body of steam and water which is divided into an outlet compartment and an inlet compartment intended to receive mixtures of steam and water coming from vaporizing tubes , the inlets of which are joined by connecting devices to a water chamber in the outlet compartment, and which contains steam and water separator devices intended to receive the steam and water from the compartment. entry and unload the.
steam in a steam chamber while the water which contains only a small residue of steam is discharged into a water chamber inside the outlet compartment, characterized in that the supply devices of the The feed water are arranged to supply the feed water at a temperature below the saturation temperature corresponding to the normal operating temperature of the cylindrical body through a first branch pipe, disposed at the end of the pipe. interior of the inlet compartment and a second branch pipe disposed within the water chamber of the outlet compartment, and devices are provided for regulating the inlet water inlet. each of the branch pipes.