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La présente invention concerne un procédé de production de force motrice, utilisant un fluide élastique à haute pression, et un groupe générateur de vapeur tubulaire.
Plus particulièrement l'invention concerne la production de vapeur à haute pression pour engendrer une force motrice, et la surchauffe'et réchauffe concomitantes de la vapeur produitepour utiliser celle-ci dans un moteur comprenant plusieurs étages utili- sant la vapeur chauffée à des pressions différentes. L'invention comprend l'appareil et le procédé destinés à régler la température ou les températures de la vapeur surchauffée et .de 'la vapeur réchau
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fée de telle manière que cette ou ces températures puissent être maintenues pratiquement à une ou plusieurs valeurs prédéterminées dans une large gamme de charges, au lieu de varier largement au détriment du rendement de la production de force motrice.
La présente invention comprend un procédé de production de force Motrice suivant lequel on brûle du combustible pour four- nir des gaz de chauffe à haute température, ou produit un fluide élastique à haute pression par la transmission de la chaleur, prin- cipalement par rayonnement dans une chambre de rayonne.Lient., des gaz de chauffe à haute température à un liquide vaporisable localisé, ou surchauffe le fluide élastique, ou détend le fluide élastique surchauffé dans une série d-'étages du moteur et ou réchauffe le fluide élastique entre les étages,
le procédé étant caractérisé en ce que la réchauffe du fluide élastique s'effectue en transmet- tant principalement par rayonnement la chaleur des gaz de chauffe à haute température avant qu'ils niaient perdu un degré notable de chaleur en cédant de la chaleur par convexion, le fluide élastique passant dans le premier étage de détente étant surchauffé par trans.
mission, principalement par convexion, de la chaleur des gaz après que ceux-ci ont perdu de la chaleur par la rechauffe, des gaz de chauffe étant prélévés, lorsqu'ils ont perdu de la chaleur par ces- sion à des surfaces d'échange de la chaleur par convexion et intro- duit dans la chambre de rayonnement en un point situé à distance de l'entrée des gaz dans une zone de réchauffe en vue de réduire la transmission de chaleur par rayonnement au liquide vaporisable et augmenter la surchauffe de la vapeur, le pourcentage des gaz de chauffe ainsi prélevés, et introduits en cet endroit étant réduit en fonction inverse des variations de l'allure du feu pour maintenir une température appréciable de surchauffe prédéterminée dans une certaine'gamme de charges,
la température des gaz pénétrant dans la zone réchauffe étant réglée par prélèvement de gaz de chauffe lorsqu'ils ont subi une perte de chaleur par cession à des surfaces d'échange de chaleur par convexion, ces gaz prélevés comme gaz modé-
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rateurs de température étant introduits dans les gaz de chauffe à haute température en un endroit situé à proximité de l'entrée des gaz dans la zone de réchauffe et entre la zone de chauffe et une zone de combustion, et le débit des gaz modérateurs de température recyclés étant varié pour augmenter le débit lorsque l'allure du feu augmente et réduire le débit lorsque l'allure du feu diminue.
L'invention comprend aussi un groupe générateur de vapeur tubulaire du genre comportant une chambre de combustion pourvue de tubes de parois vaporisants, un. surchauffeur et un réchauffeur, le réchauffeur de vapeur étant agencé pour être chauffé principalement par rayonnement, celui-ci étant, formé au moins en partie par des panneaux ou plateaux tubulaires largement espacés disposés dans une partie de la chambre de combustion et répartis en travers de celle- ci à proximité d'un parcours de gaz partant de la chambre, le sur- chauffeur étant agencé pour être chauffé principalement par con- vexion, celui-ci comprenant un faisceau de tubes intimement rappro- chés disposé dans le parcours de gaz en aval du réchauffeur par rap port ou sens de circulation des gaz,
des dispositifs de recyclage des gaz étant agencés pour prélever des gaz de chauffe lorsque ceux-ci ont perdu une certaine quantité de chaleur par cession au surchauffeur, et pour introduire des gaz recyclés à un débit déter-. miné par un premier dispositif régulateur de débit de gaz, comme gaz modérateurs de température à l'intérieur de la chambre de coin- bustion en un point situé à proximité du réchauffeur et entre un dispositif brûleur de combustible et le réchauffeur, et pour intro- duire des gaz recyclés à l'intérieur de la chambre de combustion à un débit déterminé par un second dispositif régulateur de débit de gaz et en un endroit situé en un point éloigné du réchauffeur.
L'invention sera décrite ci-après, à titre d'exemple, avec référence aux dessins partiellement schématiques annexés, dams lesquels :
Figure 1 est une vue en élévation de côté, partiellement en coupe verticale d'un groupe-générateur de vapeur, et
Figure 2 est une coupe horizontale suivant la ligne 2-2
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de la figure 1.
Comme le montrent ces dessins, le groupe comprend des tu- bes vaporisants, tels que les tubes 10 de la paroi avant, les tubes 12 de la paroi arrière et les tubes 14 et 16 des parois latérales, qui conjointement avec des isolants thermiques appropriés indiqués de 18 à 22, forment au moins les parties, principales des surfaces délimitant la chambre de combustion allongée verticalement 24, et d'un parcours de gaz horizontal 26 qui y est associé.
Les tubes va- porisants des parois de la chambre de combustion sont reliés d'une manière appropriée à un système circulatoire comprenant les collec- teurs inférieurs 28 et 32 des parois avant et arrière et les collec- teurs des parois latérales tels que le collecteur 30, les colonnes de descente 36, des circulateurs, tels que les circulateurs 34 pour envoyer l'eau des colonnes de descente dans les collecteurs infé- rieurs, le corps cylindrique de vapeur et d'eau 38, des raccorde- ments circulatoires tels que ceux indiqués en 40 et 42 et les col- lecteurs supérieurs 44 des parois latérales.
En service, les tubes vaporisants déchargent des mélanges de vapeur et d'eau dans le corps cylindrique 38, où des dispositifs appropriés tels par exemple, que ceux représentés sur les figures 17, 18 et 19 du brevet belge 434.096, sont prévus pour séparer 1' eau de la vapeur.
La vapeur séparée passe du corps cylindrique par une série de conduits, tels que ceux représentés en 46, à une paire de collecteurs supérieurs, tels que 48, d'où. la vapeur descend dans des tubes 50 et est chauffée dans ces tubes qui sont disposés dans le plan d'une paroi le long des parois latérales d'un tournant 52 et d'un parcours de gaz descendant sous-jacent 54. Les tubes 50 se ter- minent dans les branches 56, correspondant aux parois latérales, d' un collecteur en forme de U disposé à la partie inférieure du par- cours de gaz descendant 54. Des branches 56 parallèles aux parois latérales, la vapeur passe dans la partie intermédiaire 58 du col- lecteur en forme de U et de là, en partie, de bas en haut dans les tubes 60 disposés dans le plan d'une paroi arrière 62 et, en partie,
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dans une autre rangée de tubes, dont les parties inférieures 64 sont horizontales et les parties verticales 66 qui les continuent sont disposées dans un même plan le long d'une paroi 68 et se prolongent vers le haut pour former un écran de tubes verticaux 70 disposé en- tre le parcours de gaz 26 et le tournant'de gaz 52. Les sections 70 des tubes se prolongent vers le haut jusqu'à un collecteur de sur- ¯ chauffeur 72 auquel les extrémités supérieures de tubes 60 sont également raccordés.
Du collecteur de surchauffeur 72, la vapeur passe par une série de conduits 74 à un collecteur de surchauffeur 76 auquel sont raccordées les entrées de tubes sinueux qui forment un faisceau 78 de sections tubulaires verticales, intimement rapprochées, consti- tuant un surchauffeur primaire par convexion, l'espacement et la dis position des rangées,de sections tubulaires dans ce faisceau de tu- bes étant indiqués sur la figure 2.
Les sorties des tubes constituant le surchauffeur primaire 78 communiquent avec un collecteur de sortie de surchauffeur primai- re 80 d'où la vapeur passe par un conduit 82, un régulateur-modéra- teur de température de vapeur à pulvérisation 84 et un conduit 86 à un collecteur d'entrée 90 d'un surchauffeur secondaire par convexion 92, le régulateur-modérateur de température à pulvérisation étant de préférence du type représenté et décrit dans le brevet belge n 475. 434 et opérant de préférence en fonction de variables appro- priées comprenant la température finale de la vapeur surchauffée, pour augmenter la quantité d'eau projetée dans la vapeur lorsque la température de celle-ci tend à dépasser une valeur optimum.
Le surchauffeur secondaire 92, comme le surchauffeur pri- maire 78 est constitué de tubes sinueux comportant des sections tu- bulaires verticales intimement espacées. Ainsi, des sections butu- laires'' sont disposées en plateaux, comme ceux indiqués en 93 sur la figure 2, dans des positions relatives intimement rapprochées et ré- parties, comme un faisceau de -tubes, entièrement en travers du cou- rant gazeux dans le parcours de gaz latéral 26.
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La vapeur surchauffée partant du surchauffeur secondaire 92, passe dans un collecteur 94 et de là, par un conduit 96, à 1' entrée 98 de l'étage à haute pression 100 d'une turbine à vapeur.
Après sa détente dans cet étage 100 de la turbine, la vapeur est envoyée par le conduit 102 dans un collecteur d'entrée 104 d'un réchauffeur. Dans ce dernier, la vapeur parcourt des groupes de tubes,chaque groupe comprenant un certain nombre de tubes couplés en parallèle et chaque groupe comportant une série de sections tubu- laires verticales couplées de manière que la vapeur les parcourt.
Ces groupes de tubes forcent trois rangées de plateaux 106, 108, et 110 et dans chaque plateau les.sections tubulaires sont contiguës leurs axes longitudinaux se trouvant dans un plan commun. Dans la rangée 110, les plateaux sont intimement rapprochés de façon à cons- tituer un faisceau de tubes rapprochés s'étendant entièrement en tra vers du parcours de gaz 26 et recevant la chaleur principalement par. convexion.
Les plateaux des autres rangées 106 et 108 sont disposés suivant des plans médiaux fortement espacés, à la partie supérieure de la chalabre de combustion 24, cette disposition ayant pour effet de transmettre la chaleur des gaz de combustion à haute températu- re aux plateaux des rangées 106 et 108 principalement par rayonne- ment, et de réduire au minimumles effets préjudiciables de l'accu- mulation de particules solides sur les tubes.
La vapeur passe ensuite des rangées de tubes constituant le réchauffeur à un collecteur de sortie 111 du réchauffeur et de là, par un concu,it 114, à l'entrée d'un étage à plus basse pression 112 de la turbine à vapeur.
Pour la chauffe de la chambre de combustion 24, on emploie des rangées horizontales 116, 117 et 118 de brûleurs à combustible pulvérisé et lorsque toutes les rangées de brûleurs sont en action en cas de charge élevée, la température des gaz de combustion à l' intérieur de la partie inférieure de la chambre de combustion 24 peut s'élever au point de nécessiter sa réduction avant que les gaz ne pénètrent dans la zone de réchauffe de la vapeur.
Cette réduction de la température s'effectue en prélevant d'une trémie 120, située à
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la partie inférieure du parcours de gaz descendant 54, des gaz de combustion au moyen d'un ventilateur 122 et de conduits associés @4, 125, 126, 127 et 128 et en introduisant ces gaz dans la cham- @e de combustion 24 par des ouvertures ménagées entre des parties intermédiaires 130 des tubes de paroi de la chambre de combustion, ces ouvertures étant ménagées en recourbant des tubes d'ordre im- pair pour les faire sortir du plan de la paroi, de manière à consti tuer des écrans arquées 132 et 134.
Le débit des gaz recyclés comme gaz modérateurs de température par les conduits 124 et 128 peut être' réglé par les registres ou papillons,' tels que ceux indiqués en 136 entre les conduits 125 et 126. Ce débit peut être réglé automati- quel!lent pour maintenir la température de réchauffe à une valeur prédéterminée dans une gamme de charges étendue, en fonction de variables appre iées comprenant la température finale de la vapeur réchauffée et le débit de vapeur, le débit des gaz modérateurs de température étant réduit à mesure que la charge diminue.
Le réchauffeur est calculé pour assurer la température de réchauffe requise à une charge partielle déterminée, qui est ha- bituellement proche de la charge minimum à laquelle la température de surchauffe peut être maintenue à sa valeur requise, la tempéra- ture de réchauffe étant maintenue à la valeur voulue jusqu'à pleine charge en augmentant le débit des gaz modérateurs de température depuis un minimum à charge partielle jusqu'à un maximum à pleine charge. Les gaz modérateurs de température., en limitant la tempé- rature des gaz de combustion à leur entrée dans la zone de réchauffa déterminent ainsi l'état d'encrassement et des dépôts de scories dans cette zone.
La chambre de combustion 24 est soumise à un degré suffi- sant de refroidissement par les tubes vaporisants pour que, lorsque la chambre de combustion est chauffée à des températures supérieures à la température de fusion des particules incombustibles du char- bon, ces particules se séparant du courant de gaz soient rendues relativement sèches ou solides et sortent de la chambre de combus-
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tion par un goulet 144 du fond en forme de trémie délimité par une partie des tubes vaporisants.
Pour compenser une caractéristique inhérente du surchauf- feur par laquelle il tend produire une température finale de la vapeur inférieure à la température optimum- pendant que la charge descend dans une partie inférieure de la gamme des charges, on aug- mente le dbit des gaz recyclés par les conduits 140, 141, et 142 dans le goulet en trémie 144, ce débit de gaz recyclés étant réglé par des registres ou papillons 146, de préférence automatiquement en fonction d'une combinaison de variables comprenant la charge, le taux de vaporisation et la température finale de la vapeur sur- chauffée.
Lorsque la charge diminue et que le débit de gaz recy- clés dans le goulet de trémie augmente, la proportion de la chaleur disponible absorbée par les tubes vaporisants des parois de la chai.i- bre de combustion diminue et la quantité accrue des gaz passant sur le surchauffeur primaire 78 et le surchauffeur secondaire 92 cède cet appoint de chaleur accru à ces sections du surchauffeur, de telle sorte que la température finale de la vapeur surchauffée est maintenne à une valeur optimum ou valeur prédéterminée.
Dans les conditions mentionnées dans le paragraphe précÉ- dent, comportant une réduction de l'allure du feu des brûleurs des rangées 116, 117 et 118, il peut y avoir une diminution de la tem- pérature des gaz passant entre les plateaux des rangées de plateaux 106 et 108 du réchauffeur chauffés principalement par rayonnement, mais cette diminution de' la température du gaz est proportionnelle- ment inférieure à la réduction du débit de va.peur passant dans le réchauffeur.
Ainsi la tendance de cette section du réchauffeur dans les conditions pertinentes est de produire une température de vapeur surchauffée supérieure à la température prédéterminée ou la tempé- rature optimum, mais cette tendance de cette section du réchauffeur est, dans une certaine mesure, compensée par la tendance opposée de la section 110 du réchauffeur chauffée principalement par con- vexion. Le rapport optimum'des deux sections différentes du réchauf-
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feur est tel que., dans les conditions pertinentes comprenant une charge décroissante,
un débit décroissant de gaz recycles dans les lumières d'entrée du gaz modérateur de température entre les parties intermédiaires 130 des tubes de parois de la chambre de combustion et un débit croissant des gaz recyclés dans le goulet à trémie 114, la température finale de la vapeur réchauffée est maintenue à une valeur optimum dans une gamme de charges étendue. Une telle gamme de charges étendue comprend la partie supérieure de la gaulée de char- ges totale dans laquelle, en cas de charge croissante, le débit de gaz recyclés par le goulet de la trémie est tombé à un minimum ou a cessé, et il y a débit maximum de gaz modérateurs de température par les conduits 124 à 128.
Dans la partie la plus élevée de la gamme de charges, la tendance du surchauffeur par convexion a pour effet de produire une température de surchauffe supérieure à la température optimum mais ceci est compensé en grande partie par une diminution de la tempé- rature des gaz passant sur.le surchauffeur par suite de l'introduc- tion, à l'endroit des arcs 132 et 134, de la quantité maximum de gaz modérateurs de température destinés à être mélangés aux gaz non re- cyclés partant directement des brûleurs des rangées 116, 117 et 118.
Lorsque la charge ou le taux de vaporisation diminue en partant d'une charge maximum., la proportion des gaz recyclés est de préférence réglée automatiquement en fonction de variables telles que les "représentations" du taux de vaporisation, celles de la temp- p@rature de la vapeur réchauffée. celles de la température de la va- peur surchauffée. Lorsque la charge diminue, un plus grand pourcen- tage de gaz recyclés est amené à passer par le goulet de trémie 144, et par conséquent un plus faible pourcentage de gaz passe par les lumières d'entrée des gaz modérateurs de température entre les sec- tions 130 des tubes de parois de la chambre de combustion.
Ces effets se prolongent jusqu'à la partie la plus basse de la gamme des char- ges sur laquelle le recyclage des gaz opère effectivement pour ré- gler la température de la vapeur lorsque le pourcentage maximum de
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gaz recyclés passe par le goulet de trémie 144 et un pourcentage minimum par les sections d'entrée de gaz modérateurs de température entre les sections 130 des tubes de parois de la chambre de combus- tion.
Le débit de gaz recyclés par le goulet 144 du fond en tré mie de la chambre de combustion est réglé principalement en fonc- tion de la variation de température de la vapeur surchauffée et le débit des gaz modérateurs de température, par les lumières d'entrée de la chambre de combustion entre les sections de tubes 130, est réglé principalement en.fonction de la température de la vapeur réchauffée et, dans ces conditions, le débit total de gaz recyclés, comprenant le débit par le goulet 144 de la trémie du fond et le débit de gaz par les ouvertures entre les sections 130 des tubes de parois, peuvent ne pas rester constants sous des charges varia- bles.
Si l'on se réfère encore à la figure 1 des dessins, on constate qu'à la partie inférieure du parcours de gaz descendant 44 se trouve un économiseur qui comprend un faisceau supérieur 160 de sections de tubes intimement rapprochées et couplées en série et un faisceau de tubes inférieur semblable 162. Ces faisceaux de tu- bes s'étendent entièrement en travers du courant des gaz de combus- tion et sont agencés pour assurer un courant continu d'eau d'un col- lecteur.d'entrée d'économiseur 164 à un collecteur de sortie d'éco- nomiseur 166 d'où des connexions tubulaires appropriées sont reliées à la chambre d'eau du corps cyclindrique 38.
Après avoir passé sur les faisceaux 160 et 162 de tubes de l'économiseur, les gaz de chauffe qui ne sont pas recyclés pas- sent par un raccord de sortie 168 pour se rendre dans un réchauffeur d'air (non représenté) destiné à chauffer de l'air comburant secon- daire qui doit être envoyé par une conduite appropriée à la boîte à vent 170 dans laquelle les brûleurs des rangées 116, 117 et 118 sont montés.
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The present invention relates to a method of producing motive force, using an elastic fluid at high pressure, and a tubular steam generator group.
More particularly, the invention relates to the production of high pressure steam to generate a motive force, and the concomitant superheating and reheating of the steam produced for use thereof in an engine comprising several stages using the steam heated at different pressures. . The invention includes the apparatus and method for controlling the temperature or temperatures of the superheated steam and the warming steam.
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fairy in such a way that this or these temperature (s) can be maintained at substantially one or more predetermined values over a wide range of loads, instead of varying widely to the detriment of the efficiency of motive power generation.
The present invention includes a method of producing motive power in which fuel is burned to provide high temperature heating gases, or an elastic fluid is produced at high pressure by the transmission of heat, primarily by radiation in the heat. a chamber of rayon.Binds, high temperature heating gases to a localized vaporizable liquid, or superheats the elastic fluid, or expands the superheated elastic fluid in a series of engine stages and or heats the elastic fluid between them. floors,
the method being characterized in that the heating of the elastic fluid is effected by transmitting mainly by radiation the heat of the high temperature heating gases before they have lost a noticeable degree of heat by releasing heat by convection, the elastic fluid passing through the first expansion stage being overheated by trans.
mission, mainly by convection, of the heat of the gases after they have lost heat through reheating, heating gases being taken out, when they have lost heat through the heat transfer to exchange surfaces heat by convection and introduces into the radiation chamber at a point remote from the entry of the gases into a heating zone in order to reduce the transmission of heat by radiation to the vaporizable liquid and increase the superheating of the steam, the percentage of the heating gases thus taken and introduced at this location being reduced as a function of the variations in the rate of the fire in order to maintain an appreciable predetermined superheating temperature in a certain range of loads,
the temperature of the gases entering the heated zone being regulated by taking off heating gas when they have undergone a loss of heat by transfer to heat exchange surfaces by convection, these gases taken as moderate gas
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temperature regulators being introduced into the high-temperature heating gases at a location near the gas inlet to the heating zone and between the heating zone and a combustion zone, and the flow rate of the temperature moderating gases recycled being varied to increase the flow when the fire rate increases and reduce the flow when the fire rate decreases.
The invention also comprises a tubular steam generator group of the kind comprising a combustion chamber provided with vaporizing wall tubes, a. superheater and a heater, the steam heater being arranged to be heated mainly by radiation, the latter being formed at least in part by widely spaced tubular panels or trays disposed in a part of the combustion chamber and distributed across the latter in proximity to a gas path leaving the chamber, the superheater being arranged to be heated mainly by convection, the latter comprising a bundle of closely spaced tubes arranged in the gas path in downstream of the heater in relation to or direction of gas flow,
gas recycling devices being arranged to take off heating gases when the latter have lost a certain quantity of heat by transfer to the superheater, and to introduce recycled gases at a deter- rate. mined by a first gas flow regulator device, as a temperature moderating gas inside the corner- busting chamber at a point near the heater and between a fuel burner device and the heater, and for intro- delivering recycled gases inside the combustion chamber at a rate determined by a second gas flow regulator device and at a location at a point remote from the heater.
The invention will be described below, by way of example, with reference to the attached partially schematic drawings, in which:
Figure 1 is a side elevational view, partially in vertical section of a steam generator unit, and
Figure 2 is a horizontal section along line 2-2
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in figure 1.
As shown in these drawings, the group includes vaporizing tubes, such as front wall tubes 10, rear wall tubes 12, and side wall tubes 14 and 16, which together with suitable thermal insulators shown. from 18 to 22, form at least the main parts of the surfaces delimiting the vertically elongated combustion chamber 24, and of a horizontal gas path 26 associated therewith.
The vaporizing tubes of the walls of the combustion chamber are suitably connected to a circulatory system comprising the lower manifolds 28 and 32 of the front and rear walls and the manifolds of the side walls such as the manifold 30. , the descent columns 36, circulators, such as the circulators 34 to send the water from the descent columns to the lower manifolds, the cylindrical body of steam and water 38, circulatory connections such as those indicated at 40 and 42 and the upper manifolds 44 of the side walls.
In service, the vaporizing tubes discharge mixtures of steam and water into the cylindrical body 38, where suitable devices such as, for example, those shown in figures 17, 18 and 19 of Belgian patent 434,096, are provided to separate 1 steam water.
The separated steam passes from the cylindrical body through a series of conduits, such as those shown at 46, to a pair of upper manifolds, such as 48, hence. the vapor descends into tubes 50 and is heated in those tubes which are arranged in the plane of a wall along the side walls of a turn 52 and an underlying descending gas path 54. The tubes 50 are connected. terminate in the branches 56, corresponding to the side walls, of a U-shaped manifold disposed at the lower part of the descending gas path 54. From the branches 56 parallel to the side walls, the vapor passes into the intermediate part 58 of the U-shaped manifold and thence, in part, from bottom to top in the tubes 60 arranged in the plane of a rear wall 62 and, in part,
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in another row of tubes, the lower parts 64 of which are horizontal and the vertical parts 66 which continue them are arranged in the same plane along a wall 68 and extend upwards to form a screen of vertical tubes 70 arranged between the gas path 26 and the gas swivel 52. Sections 70 of the tubes extend upward to an overheater manifold 72 to which the upper ends of the tubes 60 are also connected.
From the superheater header 72, the steam passes through a series of conduits 74 to a superheater header 76 to which are connected the inlets of sinuous tubes which form a bundle 78 of vertical tubular sections, closely spaced, constituting a primary superheater by convection. the spacing and arrangement of the rows of tubular sections in this bundle of tubes being shown in Figure 2.
The outlets of the tubes constituting the primary superheater 78 communicate with a primary superheater outlet manifold 80 from where the steam passes through a conduit 82, a spray steam temperature moderator 84 and a conduit 86 to. an inlet manifold 90 of a secondary convection superheater 92, the spray temperature regulator-moderator preferably being of the type shown and described in Belgian Patent No. 475, 434 and preferably operating as a function of appropriate variables comprising the final temperature of the superheated steam, to increase the quantity of water projected into the steam when the temperature of the latter tends to exceed an optimum value.
The secondary superheater 92, like the primary superheater 78, consists of sinuous tubes having intimately spaced vertical tubular sections. Thus, butu- lar sections '' are arranged in trays, like those indicated at 93 in Figure 2, in relative positions closely spaced and divided, like a bundle of tubes, entirely across the gas stream. in the lateral gas path 26.
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Superheated steam from secondary superheater 92 passes to manifold 94 and from there through conduit 96 to the inlet 98 of the high pressure stage 100 of a steam turbine.
After its expansion in this stage 100 of the turbine, the steam is sent through line 102 into an inlet manifold 104 of a heater. In the latter, the vapor passes through groups of tubes, each group comprising a number of tubes coupled in parallel and each group comprising a series of vertical tubular sections coupled so that the steam passes through them.
These groups of tubes force three rows of trays 106, 108, and 110 and in each tray the tubular sections are contiguous with their longitudinal axes lying in a common plane. In row 110, the trays are closely brought together to form a bundle of closely spaced tubes extending entirely across gas path 26 and receiving heat primarily through. convection.
The trays of the other rows 106 and 108 are arranged in highly spaced medial planes, at the upper part of the combustion chamber 24, this arrangement having the effect of transmitting the heat of the combustion gases at high temperature to the trays of the rows. 106 and 108 primarily by radiation, and to minimize the detrimental effects of the accumulation of solid particles on the tubes.
The steam then passes from the rows of tubes constituting the heater to an outlet manifold 111 of the heater and from there, through a design, it 114, to the inlet of a lower pressure stage 112 of the steam turbine.
For the heating of the combustion chamber 24, horizontal rows 116, 117 and 118 of pulverized fuel burners are employed and when all the rows of burners are in operation under high load, the temperature of the combustion gases at the The interior of the lower part of the combustion chamber 24 may rise to the point of requiring its reduction before the gases enter the steam heating zone.
This temperature reduction is effected by taking from a hopper 120, located at
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the lower part of the descending gas path 54, of the combustion gases by means of a fan 122 and associated ducts @ 4, 125, 126, 127 and 128 and by introducing these gases into the combustion chamber 24 through openings formed between intermediate parts 130 of the wall tubes of the combustion chamber, these openings being formed by bending the tubes of the uneven order to make them exit from the plane of the wall, so as to constitute arcuate screens 132 and 134.
The flow rate of the gases recycled as temperature moderating gases through conduits 124 and 128 can be controlled by dampers or butterflies, such as those indicated at 136 between conduits 125 and 126. This flow can be regulated automatically. to maintain the reheat temperature at a predetermined value over a wide range of loads, as a function of appraised variables including the final temperature of the reheated vapor and the vapor flow rate, the flow rate of the temperature moderating gases being reduced as the temperature increases. load decreases.
The heater is calculated to ensure the required reheat temperature at a determined partial load, which is usually close to the minimum load at which the superheat temperature can be maintained at its required value, the reheat temperature being kept at the desired value up to full load by increasing the flow of the temperature moderating gases from a minimum at partial load to a maximum at full load. The temperature moderating gases, by limiting the temperature of the combustion gases at their entry into the reheating zone, thus determine the state of fouling and slag deposits in this zone.
The combustion chamber 24 is subjected to a sufficient degree of cooling by the vaporizing tubes so that, when the combustion chamber is heated to temperatures above the melting temperature of the incombustible particles of the carbon, these particles will separate. gas stream are rendered relatively dry or solid and exit the combustion chamber.
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tion by a bottleneck 144 in the form of a hopper delimited by a part of the vaporizing tubes.
To compensate for an inherent characteristic of the superheater whereby it tends to produce a final vapor temperature below the optimum temperature - as the load drops into a lower part of the load range, the recycle gas flow rate is increased. through the conduits 140, 141, and 142 in the hopper neck 144, this recycled gas flow being regulated by registers or butterflies 146, preferably automatically according to a combination of variables including the load, the vaporization rate and the final temperature of the superheated steam.
As the load decreases and the flow of recirculated gases into the hopper neck increases, the proportion of the available heat absorbed by the vaporizing tubes of the walls of the combustion chamber decreases and the amount of gas passing through increases. on the primary superheater 78 and the secondary superheater 92 transfers this increased heat make-up to those sections of the superheater, so that the final temperature of the superheated steam is maintained at an optimum or predetermined value.
Under the conditions mentioned in the previous paragraph, including a reduction in the rate of the fire of the burners in rows 116, 117 and 118, there may be a reduction in the temperature of the gases passing between the plates in the rows of. Heater trays 106 and 108 heated primarily by radiation, but this decrease in gas temperature is proportionately less than the reduction in vapor flow through the heater.
Thus the tendency of this section of the heater under the relevant conditions is to produce a superheated steam temperature above the predetermined temperature or the optimum temperature, but this tendency of this section of the heater is to some extent compensated for by the opposite tendency of the heater section 110 heated mainly by convection. The optimum ratio of the two different sections of the heater
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feur is such that., under the relevant conditions including a decreasing load,
a decreasing flow rate of recycled gas in the inlet ports of the temperature moderating gas between the intermediate parts 130 of the wall tubes of the combustion chamber and an increasing flow rate of the recycled gases in the hopper neck 114, the final temperature of the heated steam is maintained at an optimum value over a wide load range. Such an extended load range includes the upper part of the total load gaule in which, with increasing load, the flow of gas recycled through the hopper neck has fallen to a minimum or ceased, and there is a maximum flow of temperature moderating gases through conduits 124 to 128.
In the higher part of the load range, the tendency of the convection superheater has the effect of producing a superheat temperature above the optimum temperature, but this is largely compensated for by a decrease in the temperature of the passing gases. on the superheater as a result of the introduction, at the location of the arcs 132 and 134, of the maximum quantity of temperature moderating gases intended to be mixed with the non-recycled gases leaving directly from the burners in rows 116, 117 and 118.
When the load or the rate of vaporization decreases from a maximum load, the proportion of recirculated gases is preferably automatically adjusted according to variables such as the "representations" of the rate of vaporization, those of the temperature. rature of heated steam. those of the temperature of the superheated steam. As the load decreases, a greater percentage of recycle gas is caused to pass through the hopper neck 144, and therefore a lower percentage of gas passes through the temperature moderating gas inlet ports between sec- tions 130 of the wall tubes of the combustion chamber.
These effects extend to the lowest part of the load range over which the gas recirculation effectively operates to regulate the vapor temperature when the maximum percentage of
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Recycle gas passes through the hopper neck 144 and a minimum percentage through the temperature moderating gas inlet sections between the sections 130 of the combustion chamber wall tubes.
The flow of gas recycled through the neck 144 at the bottom of the hopper of the combustion chamber is regulated mainly as a function of the temperature variation of the superheated steam and the flow of the temperature moderating gases, through the inlet ports. of the combustion chamber between the tube sections 130, is regulated mainly as a function of the temperature of the reheated steam and, under these conditions, the total flow rate of recirculated gas, including the flow through the neck 144 of the bottom hopper and the flow of gas through the openings between sections 130 of the wall tubes, may not remain constant under varying loads.
Referring further to Figure 1 of the drawings, it will be seen that at the lower part of the descending gas path 44 there is an economizer which comprises an upper bundle 160 of closely spaced and series-coupled tube sections and a Similar lower tube bundle 162. These tube bundles extend entirely across the flue gas stream and are arranged to provide a continuous flow of water from an inlet manifold. economizer 164 to an economizer outlet manifold 166 from which suitable tubular connections are connected to the water chamber of the cylindrical body 38.
After passing through the bundles 160 and 162 of economizer tubes, the heating gases which are not recycled pass through an outlet connector 168 to reach an air heater (not shown) intended for heating. secondary combustion air which must be sent by a suitable pipe to the windbox 170 in which the burners of rows 116, 117 and 118 are mounted.