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Cette invention concerne un procédé et un appareil pour épurer la vapeur et plus particulièrement des appareils de lavage de la vapeur applicables à l'élimination des vapeurs de silice de la vapeur à haute pression.
On sait que la vapeur à haute pression contient habituellement des impuretés solides qui se trouvent à l'état de vapeur ou sont entraînées mécaniquement dans la vapeur à l'état de menues particules de matières solides. Ces impuretés sortent avec la vapeur du générateur de vapeur et sont habituellement dégagées ou mises en liberté subséquemment lorsque la vapeur est refroidie pendant son utilisation ultérieure,, par exemple dans des machines à détente
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Certaines impuretés entraînées mécaniquement occasionnent des diffi- cultés en se déposant dans les tubes de surcnàuffeurs ou dans d'autres conduits tubulaires allant à la machine à détente.
Lorsque celle-ci est du genre turbine, les impuretés se déposent dans la turbine, en donnant lieu à une perte graduelle de la capacité et du rendement de la turbine.
Jusqu'ici, les dispositifs mécaniques ont été employés avec succès pour l'enlèvement des impuretés entraînées mécaniquement dans la vapeur. Ces dispositifs ont pris la forme de séparateurs cyclones, de séparateurs à parcours sinueux, etc. Toutefois, lorsque la vapeur est produite à de hautes pressions, comme il est d'usage courant aujourd'hui, l'enlèvement mécanique des matière solides entraînées n'élimine pas efficacement les impuretés vaporisées, telles que la silice et les composés siliceuxqui se trouvent dans la vapeur fournie par le générateur de vapeur.
On sait que les vapeurs de silice peuvent être extraites de la vapeur à haut pression par lavage de la vapeur au moyen d' eau de lavage relativement pure. Apparemment, l'eau de lavage venant en contact avec la vapeur absorbe les vapeurs de silice et la silice absorbée peut être éliminée de la vapeur avec l'eau de lavage. L'efficacité de l'extraction des impuretés par l'eau de lavage dépend'largement de l'intimité du contact entre la vapeur et l'eau de levage et l'efficacité de l'élimination de l'eau de lavage de la vapeur dépend du parcours effectué après le contact de lavage avec la vapeur.
Dans le cas de la production de vapeur à haute pression, la densité de la vapeur est d'autant plus rapprochée de celle de 1' eau avec laquelle elle est lavée que la pression à laquelle la vapeur est produite est plus élevée. A la pression critique de la vapeur, les densités de la vapeur et de l'eau sont égales. Lorsqu'on lave la vapeur en projetant un jet de vapeur à une vitesse élevée au travers d'un corps d'eau de lavage, le degré' d'atomisation de 1' eau, c'est-à-dire la dispersion de l'eau en gouttelettes sous l'action de la vapeur qui passe au travers dépend en premier lieu de la
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vitesse des jets de vapeur et de la densité de la vapeur utilisée.
A des hautes pressions de vapeur, par exemple, 1800 à 2400 livres/ pouce carré (126,5 à 168,7 kg/cm ) et davantage, la vapeur ayant une densité élevée présente une plus grande aptitude à tenir en suspension l'eau de lavage atomisée et la suspension de l'eau dans la vapeur est plus effective.
La présente invention comprend le procédé d'épuration de vapeur à haute pression suivant lequel ori fait passer la vapeur et l'eau. de lavage dans un laveur en contre-courant par une série d' étages de contact entre la vapeur et l'eau de lavage où l'eau de lavage est dispersée dans la vapeur, où le courant de vapeur maximum.
à travers le laveur est limité à une valeur inférieure à celle qui correspond au point de noyage et où le rapport entre le débit d'eau de lavage et le débit de vapeur augmente lorsque le débit de vapeur diminue sur une certaine gamme pour effectuer une réduction de silice supérieure à celle obtenue lorsque ce rapport est maintes constant.-
L'invention se rapporte aussi à un corps cylindrique d'eau et de vapeur à haute pression, pourvu de dispositifs pour introduire un mélange de vapeur et d'eau dans le corps cylindrique, de dispositifs séparateurs à l'intérieur de celui-ci destinés à se*parer la vapeur et l'eau et à faire passer la vapeur séparée du mé- lange dans un dispositif épurateur préliminaire susceptible d'assurer un contact direct de la vapeur avec des pellicules d'eau de lavage,
d'un laveur de vapeur placé dans une partie supérieure du corps cylindrique et comprenant une série de plateaux perforés, ho- rizontaux, espacés verticalement, disposés dans ,le parcours de vapeur allant du dispositif épurateur préliminaire vers une sortie de vapeur dans cette partie du corps cylindrique, et de dispositifs pour introduire l'eau de lavage à la partie supérieure du laveur en quantité réglée d'un poids inférieur à 10% du poids de la vapeur lors du débit maximum de vapeur.
L'invention concerne en outre un corps cylindrique de @@ vapeur et d'eau à haute pression pourvu de dispositifs pour y in-
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troduire un mélange de vapeur et d'eau, de dispositifs séparateurs à l'intérieur du corps cylindrique destinés à séparer la vapeur et l'eau et à faire passer la vapeur séparée du mélange par un disposi- tif écurateur préliminaire qui comprend des plaques ondulées étroi- tementespacées horizontalement, inclinées de haut en basvers l'in- térieur en s'écartant de la paroi du corps cylindrique et des dis- positifs pour former des pellicules mobiles d'eau de lavage sur les claques ondulées, d'un laveur de vapeur comprenant une' série de pla- teaux perforés, horizontaux;
, espacés verticalement, disposés dans le parcours de vapeur entre le dispositif épurateur préliminaire et la sortie de vapeur dans une partie supérieure du corps cylindrique, et de dispositifs pour introduire l'eau de lavage à la partie supé- rieure du laveur de vapeur en vue de la faire passer de haut en bas à travers les plateaux perforés et de dispositifs pour régler .le dé- bit d'eau de lavage allant aux dispositifs épurateurs préliminaires et au laveur de vapeur.
L'invention sera décrite ci-après, à titre d'exemple,a- vec référence aux dessins annexés dont Jes figures 1, 2 et 3 sont partiellement schématiques et dans lesquels :
Figure 1 est une vue en coupe verticale partiellement en élévation d'un corps cylindrique de vapeur et d'eau contenant un appareil de lavage de la vapeur.
Figure 2 est une vue en perspective montrant quelques uns des plateaux perforateurs les plus élevés faisant partie de l'appa- reil de lavage de vapeur et un scrubber ou égoutteur d'eau associée à plaques ondulées, avec arrachement partiel.
Figure 3 est une coupe verticale en bout du laveur repré- sente sur la figure 1, et
Figure 4 montre une série de courbes. Chaque courbe re- présentée en traits pleins est marquée d'un nombre indiquant le pour- centage de réduction de la silice, les ordonnées représentant les dé- bits de vapeur en milliers de livres par heure et les abscisses re- présentant des débits d'eau de lavage en milliers'de livres par heu- re. Les lignes en traits de chaînette montrent le système de réglage
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du débit (5* eau de lavage suivant l' invention.
Comme c'est représenté sur les dessins, le corps cylindrique de vapeur et d'eau 10 d'un générateur de vapeur est pourvu d'une série de tubes de montée 11 qui y déchargent un mélange de vapeur et d'eau. Ordinairement les tubes de montée ou à circulation ascendante sont disposés de manière à se décharger dans le segment inférieur du corps cylindrique. Une sortie de vapeur 12, consistant en une rangée de raccords tubulaires, est aménagée dans la partie supérieure du corps cylindrique pour la décharge de va.peur saturée dans les collecteurs de surchauffeurs habituels d'un groupe généra.teur et surchauffeur de vapeur.
Le corps cylindrique 10 est pourvu de raccords de colonnes ou tubes de descente (non représentés) appropriés situés à ses extrémités opposées pour la descente de l'eau dans le système circulatoire du générateur de vapeur. Dans la forme d' exécution de l'invention représentée, le mélange de vapeur et d'eau pénétrant dans le corps cylindrique 10 par les tubes de montée 11 est envoyé dens une série de séparateurs de vapeur et d'eau 13,. d' où l'eau est déchargée dans la chambre d'eau 14 située à la partie inférieure du corps cylindrique 10, tandis que la vapeur passe de bas en haut des séparateurs 13 dans le. chambre de vapeur 15 à la partie supérieure du corps cylindrique.
Le corps cylindrique 10 est pourvu d'une construction en tôles 16 especée de sa. surface interne de manière à. former une chambre 17 qui recueille le mélange de vapeur et d'eau déchargé par les tubes de montée11 pour le repartir dans de, conduits d'entrée tangentiels 18 reliés individuellement à chacun des séparateurs de vapeur et d'eau 13. Les séparat@urs 13 représentés sur les dessins sont du type cyclone et sont décrits dans le Brevet n 465.450.
Comme c' est représenté les séparateurs 13 sont disposés en rangées pour assurer une circulation en parallèle de la vapeur venant de la chambre 17 et front pourvus chacun de scrubbers ou égouttoirs à tôles ondulées 20 adjacente, . la. nortie de vapeur supérieure 21 du séparateur au-dessus de celle-ci. Lorsque la construction décrite est em- ployée, de la vapeur pratiquement sèche est déchargée des sorties
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sur rieures des séparateurs de vapeur 13 et est envoyée à la sortie de vapeur 12, tandis que l'eau est déchargée par les sorties 22 du fond des séparateurs, dans la chambre d'eau 14 du corps cylindrique.
Chaque égouttoir à tôles ondulées 20 est incliné de bas en haut à partir du bord situé radialement à l'extérieur et est pourvu d'une pellicule d'eau de)lavage destinée à épurer par contact la vapeur quittant le séparateur associé 13. La construction détaillée du scrubber à égouttage est représentée dans le Brevet n 516. 775. En service, de l'eau de lavage, pure d'un façon générale, est introduite par un collecteur d'eau 23 et des branchements 24 et passe sur un déversoir distributeur 25 pour s'écouler le long des surfaces des scrubbers et se décharger par un chenal 26 à l'intérieur du corps cylindrique.
Un laveur ou épurateur de vapeur 27 est disposé à l'intérieur du corps cylindrique 10 en un endroit sous-jacent à la sortie de vapeur 12, dans la chambre de vapeur 15 du corps cylindrique. Il comprend des plaques pendantes 28 fixées par leurs extrémités supérieures au corps cylindrique 10 et formant une structure fermée enfermant l'extrémité inférieure de la sortie 12 et ouverte à son extrémité inférieure pour communiquer avec la chambre de vapeur 15.
Comme c'est représenté, une chicane 30 de section transversale en forme de V renversé est disposée au-dessous de l'épurateur de vapeur 27 de telle sorte que la vapeur pénétrant dans ce- Jui-ci doit passer entre les parties situées au bord inférieur des plaques pendantes 28 et la surface supérieure de la chicane 30. La. chicane sert aussi à recevoir le courant descendant d'eau de lavage se déchargeant de l'épurateur de vapeur 27 et ramène cette eau dans la chambre de vapeur 14 du corps cylindrique avec un minimum d'agitation à la surface de l'eau. Le système de chicane évite efficacement l'entraînement de l'eau du corps cylindrique dans la vapeur passant dans l'épurateur de vapeur 27.
Le laveur de vapeur est pourvu d'une série de plaques ou de plateaux perforés horizontaux 31 s'étendant entre les parois la-
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ternies pendantes du laveur. Les plaques ou plateaux perforés sont espacés verticalement entre eux d'une distance comprise dans la gam- me de 1 à 3 pouces (25,4 à 76,2 mm). Comme c'est représenté, chacun des plateaux est fait d'une tôle d'acier d'une épaisseur de 1/16 de pouce (1,58 mm) par exemple, et chaque plaque est pourvue d'une série de perforations circulaires.
Dans une forme d'exécution appro- priée, les perforations ont un diamètre de l'ordre de 3/16 de pouce (4,76 mm) et les rangées adjacentes sont disposées en quinconce pour former un dessin 'de triangles équilatéraux entre des séries de trois trous adjacents, les trous se trouvant à une distance l'un de l'au- tre de 5/16 de pouce (7,93 mm) de centre à centre. Cette disposi- tion forme une aire totale des ouvertures de chaque plateau de 33% approximativement de l'aire transversale totale du plateau.
En service, la vapeur s'élève à travers les plateaux per- forés 31 et l'eau de lavage est répartie sur le plus élevé des pla- teaux et descend par gravité dans les perforations en contre-courant de la vapeur,'l'eau de lavage étant amenée au laveur depuis une sour. ce extérieure par un collecteur 33 et une sérié de branchements 34 espacés longitudinalement le long du corps cylindrique 10. Chacun des branchements 34 se termine par un ajusage 35 à une certaine dis- tance au-dessus du plateau le plus élevé et approximativement au milieu, entre les plaques 28.
Comme c'est représenté sur les figures 1, 2 et 3, le la- veur est pourvu d'un scrubber à égouttage à tôles ondulées 36. Pans la forme d'exécution représentée, les tôles ondulées, parallèles, intimement rapprochées sont approximativement.verticales et s'éten- dent dans le sens longitudinal du corps cylindrique 10. Le bord infé-, rieur du scrubber à égouttage se trouve à une certaine distance au- dessus des conduits 34 et des ajutages 35, et le scrubber, qui est supporté par les plaques pendantes 28 est construit sous forme d'une série de sections pour la facilité du montage dans le corps cylindri- que. La vapeur lavée, qui s'élève à travers le scrubber ou égouttoir; est pratiquement sèche et pénètre dans un tuyau sec perforé 37 avant . d'être déchargée du corps cylindrique par la sortie de vapeur 12.
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Lorsqu'il est fait usage de la construction décrite, un courant de vapeur approprié passant par les perforations des plateaux 31, disperse l'eau de lavage en gouttelettes et maintient les gouttelettes en suspension entre les plateaux. Pour un débit de vapeur de l'ordre de 14.000 livres par heure et par pied carré de la surface transversale du plateau (6350 kg par 0,093 m ' ), la vapeur disperse l'eau de lavage et maintient l'eau en suspension dans les espaces entre les plateaux. Si le débit de vapeur dépasse cette valeur, il y a tendance de l'eau en suspension dans la vapeur de passer d'un espace entre plateaux dans les perforations du plateau qui se trouve immédiatement au-dessus.
Lorsque cet état se produit, et pour des raisons de commodité cet état est appelé point de noyage ou de crue, le rendement du laveur'au point de vue de l'élimination de la silice est réduit considérablement. Un débit de vapeur par le laveur dépassant 2.000 à 3. 000 livres par heure et par pied carré (907 à 1. 360 kg par 0,093 m2) de surface du plateau est nécessaire pour que la vitesse de la vapeur passant par les perforations attteigne une valeur suffisante pour disperser l'eau maintenue sur les surfaces des plateaux. Pour des raisons de commodité cet état est appelé point de dispersion. Ainsi, entre des débits de vapeur bien défini$, la vapeur en passant par les perforations des plateaux disperse l'eau de lavage et la maintient en suspension dans les espaces entre les plateaux.
Cet état donne lieu à un contact intime entre la vapeur et l'eau de lavage et a pour effet d'éliminer efficacement les vapeurs de silice de la vapeur.
On comprendra que les dimensions des perforations des plateaux et le rapport entre la surface totale d'ouverture des perforations et la surface transversale totale des plateaux dépendent de. la pression de la vapeur produite dans le groupe générateur, la vapeur à haute pression ayant par suite de sa plus grande densité une efficacité plus grande que la vapeur à basse pression pour la dispersion de l'eau.
On a constaté que le degré d'alimentation d'eau de lavage au laveur de vapeur peut aussi modifier les points de noyage ou de @@@@ et de dispersion du laveur. Ceci est représenté su.r la es
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4 par la ligne X en traits interrompus représentant la limite de capacité ou le point de crue ou de noyage lorsque l'équipement opère avec de la vapeur à 1300 livres par pouce carré absolu( 91,4 kg/ cm2 abs.). La limite inférieure du point de dispersion ne joue pas un rôle aussi important que le point de crue mais peut être consi- dérée connue se produisant le long de la ligne en trait plein Y indiquant une réduction de silice de 50%.
Il serait naturellement désirable de proportionner le débit d'eau de lavage en proportion directe du débit de vapeur dans l'appareil de lavage. Lorsqu'on adopte ce système, la .induction de silice, ou l'élimination, de la silice de la. vapeur est indiquée par la ligne en traits de chaînette A représentée sur la figure 4. Toutefois, il a été déterminé que le rendement de l'appareil, en ce qui concerne l'élimination de la silice de la vapeur, est plus élevé lorsqu'on fait varier le débit d'eau dans un rapport.choisi,avec le débit de vapeur, comme c'est indiqué par la courbe B en traits de chaînette, représentée sur la figure 4.
Il est évident qu'un appareil de commande pour le régla- ge du débit de l'eau de lavage peut être du type automatique ou manuel et peut être réglé pour un rapport désiré quelconque entre le débit de vapeur et le débit d'eau. Toutefois, pour suivre un rapport tel que celui indiqué par la courbe B sur .la figure 4, il est nécessaire d'employer l'équivalent d'un système de commande'utilisant une came pour régler le débit d'eau dans le rapport choisi avec le débit de vapeur passant dans le dispositif. En vue de simplifier le réglage, on a trouvé désirable de maintenir le débit d'eau au laveur de vapeur pratiquement uniforme pour la majeure partie des débits de vapeur passant dans l'appareil.'Ceci est indiqué par la courbe marquée C sur la figure 4.
En comparant les courbes A, B et C, on remarque que les différences de rendement de l'appareil pour des débits d'eau réglés suivant les courbes B et C sont faibles.
Pour des raisons de simplicité, un système de réglage pratique peut être facilement procuré pour observer la courbe C de la figure 4.
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Si on le désire, on peut employer comme eau de lavage un condensât de grande pureté, mais pour la plupart des cas rencontrés en pratique l'eau d'alimentation de la chaudière est d'une pureté suffisante pour être employée efficacement aux fins indiquées.
Quelle que soit la source d'eau de lavage,l'eau utilisée pour le lavage de la vapeur est amenée ensuite dans le système circulatoire du groupe générateur et même si la quantité de cette eau n'est qu' une fraction de la quantité d'eau totale nécessaire à l'alimentation du groupe générateur de vapeur, cette eau nécessite néanmoins une réduction de la quantité d'eau d'alimentation fournie dans les.con- @ ditions normales au corps, cylindrique de vapeur et d'eau en vue de la production de vapeur.,'' @
Le taux d'admission d'eau de'lavage étant réglé de la manière indiquée par la ligne C sur:
la figure 4, lorsque la demande de vapeurest faible, l'eau de lavage peut atteindre un point où elle forme la majeure partie de la quantité totale d'eau fournie au corps cylindrique de vapeur et d'eau. Dans ces conditions il est désirable de réduire graduellement la proportion d'eau fournie comme eau de lavage de manière à éviter des fluctuations inutiles et inopportunes du niveau de l'eau dans le corps cylindrique. Pour cette raison, comme c'est indiqué par la ligne D sur la figure 4, le débit d'eau de lavage lors de faibles demandes de vapeur du groupe est réduit proportionnellement à la quantité de vapeur débitée par le groupe.
De préférence, sur l'étendue de la gamme des débits de vapeur où le débit d'eau de lavage au laveur de vapeur est mainte- nu constant, le débit d'eau de lavàge allant au scrubber ou égouttoir à tôles ondulées est aussi maintenu constant. L'appareil laveur de vapeur et le scrubber à tôles ondulées peuvent avantageusement être alimentés en eau de lavage par une source commune.
REVENDICATIONS.
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