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La présente invention concerne des foyers scorifiants du type cyclone utilisés pour des générateurs de vapeur et, en particulier, des perfectionne- ments apportés à la construction du fond de ces foyers.
Dans un générateur de vapeur du type cyclone brûlant un combustible formant des cendres et dans lequel les cendres sont évacuées sous forme liquide, on rencontre souvent de mandes difficultés, lors d'un fonctionnement à faible charge, pour maintenir les cendres en fusion et se débarrasser des quantités de cendres visqueuses ou solidifiées qui se sont accumulées.
On sait que dans des installationsde générateurs de vapeur à fond humide ou scorifiants, une liquéfaction des cendres introduites avec le combusti- ble ne peut être réalisée qu'à des charges ou à des débits de chauffe supérieurs à une valeur prédéterminée dépendant du combustible particulier utilisé et de la construction du foyer. A des charges inférieures à cette valeur, le résidu des cendres ou la scorie se dépose à l'état visqueux, pâteux et semi-fluide ou sous forme pulvérulente. La scorie pâteuse provoque de grandes difficultés dans le fonctionnement du foyer à fond humide parce qu'elle entraîne l'obstruction de l'ouverture de décharge de la scorie.
Tandis que la scorie, à l'état liquide, s'écoule vers le bas sur les parois du foyer à fond humide vers le fond de ce dernier et sort par l'ouverture de décharge pour tomber dans le bain d'eau de l'appareil d'évacuation de la scorie, la scorie pâteuse glisse sur le fond du foyer refroidi vers l'ouverture de décharge et, comme elle ne peut pas s'écouler au-dehors par suite de sa forte viscosité, elle obstrue l'orifice de décharge.
Le résidu de cendre pâteux ou pulvérulent produit pendant le fonctionnement ulté- rieur à faible charge du foyer s'accumule ainsi sur le fond du foyer. Suivant la durée de la période de fonctionnement à faible charge, il se forme ainsi une couche plus ou moins épaisse de scorie.
Lorsqu'on passe d'un fonctionnement à faible charge à un fonctionne- ment à des charges plus élevées , cette scorie ou dépôt de cendres se met à fon- dre lentement'à partir du haut vers le bas sous l'influence de la température qui monte dans le foyer, sans pouvoir cependant s'écouler au-dehors puisque l'ouverture de décharge de la scorie est encore obstruée. Ce n'est que lorsque le bouchon de scorie contenu dans l'ouverture de décharge est également fondu que la scorie peut s'écouler, et en une courte période de temps, la masse de scorie qui s'est accumulée au fond du foyer est libérée et jaillit à l'extérieur.
Cette quan- tité de scorie soudain excessivement importante, impose une très lourde charge à l'installation d'évacuation de la scorie et il faut donc que cette installa- tion soit construite de façon à lui permettre de recevoir une quantité considé- rable de scorie, sa capacité étant ainsi supérieure à celle qui serait nécessai- re pour traiter la quantité moyenne de scorie. On rencontre encore de plus gran- des difficultés à obtenir la quantité d'eau nécessaire pour le refroidissement et la granulation de la scorie, car il faut envoyer 1,5 gallon (6,82 1) d'eau par livre (453 g) de scorie pour le refroidissement.
Il faut donc onstruire les pompes à eau de refroidissement et la tuyauterie d'amenée et de décharge à des dimensions supérieures aux nécessités normales, avec le résultat que l'effi- cacité de l'installation d'évacuation de la scorie et des pompes à eau de refroi- dissement est faible en fonctionnement normal.
Afin d'éliminer ou de réduire ces difficultés, on a suggéré de subdiviser le foyer à fond-humide en plusieurs chambres de scorification servant à améliorer le fonctionnement à faible charge de l'installation du foyer. Cela augmente cependant considérablement les frais de construction, et la subdivision de la chambre de scorification implique également d'autres problèmes, spéciale- ment en ce qui concerne la circulation d'eau.
La présente invention a ainsi pour but principal d'étendre sensible- ment la gamme de fonctionnement à faible charge exempte d'ennuis d'un foyer du type cyclone pour générateur de vapeur en améliorant la construction et la forme du fond du foyer suivant les températures qui y règnent.
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L'invention a encore pour but de retarder fortement la solidification et l'accumulation des cendres, au fond du foyer à faible charge, ainsi que la surcharge résultante de l'installation d'évacuation des cendres, lorsque le foyer fonctionne ultérieurement à une charge plus élevée.
Suivant l'invention, on évite les difficultés précitées en construi- sant le fond du four de façon à placer l'ouverture de sortie de la scorie dans la région de la température la plus élevée du foyer.
Suivant l'invention, il est prévu une chambre de combustion du type cyclone verticale comprenant un fond, une paroi latérale et un ciel pourvu d'une sortie de gaz, un brûleur propre à créer dans la chambre une masse, en rotation de gaz de combustion brûlants et une éminence sur le fond ainsi qu'au moins une sortie de scorie dans une partie du fond éloignée du sommet de l'éminence.
Afin que l'invention soit mieux comprise on se référera aux dessins annexés, dans lesquels :
La Fig. 1 est une coupe en élévation de côté d'un générateur de va- peur à foyer cyclone, la partie inférieure du foyer étant construite suivant les principes de la présente invention ; la Fig. 2 est une coupe horizontale de la chambre cyclone suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1; la Fig. 3 est une coupe horizontale de la chambre de scorification cyclone suivant la ligne 3-3 de"la Fig. 1; la Fig. 4 est une coupe partielle de la partie inférieure de la chambre cyclone suivant la ligne 4-4 de la Fig. 1; la Fig. 5 est un graphique représentant les variations de la tempé- rature du foyer mesurées sur sa largeur et associées au perfectionnement de la présente invention.
La Fig. 1 des dessins représente un foyer de générateur de vapeur du type cyclone comprenant une chambre de rayonnement supérieure A et une chambre de combustion inférieure B dont le fond 10 est construit suivant l'invention. La chambre de combustion ou de scorification B est délimitée par des parois latérales 11 garnies de tubes de refroidissement pour la production de vapeur 12, un ciel 14 et une sole ou fond 10 également garni de tubes à eau 16. Dans la forme d' exécution préférée représentée, la chambre de combustion B est de section généra- lement circulaire comme le montrent les Figs. 3 et 4. Cependant, l'invention peut également être appliquée à des foyers présentant une forme elliptique, rec- tangulaire ou autre forme polygonal.
Du combustible, tel que au charbon pulvéri- sé ou un autre combustible pulvérisé formant des cendres, ainsi que de l'air destiné à la combustion, sont débités dans la chambre de combustion par des brû- leurs 18, quatre d'entre eux étant représentés sur la Fig. 2 espacés autour de la circonférence de la chambre B. Les courants d'air et de combustible sortant des brûleurs 18 dirigés tangentiellement vers un cercle imaginaire 20, amènent les gaz de combustion à tourner à une vitesse relativement élevée. Les surfaces absor- bant la chaleur dans la chambre de scorification B, telles que les tubes 12 et 16, sont proportionnées de façon que la température des gaz soit maintenue au-dessus du point de fusion des cendres dans la gamme de fonctionnement désirée, pour main- ternir ces cendres à l'état liquide.
En pratique, les gouttelettes de cendres liquides transportées dans les gaz de combustion sont chassées contre'les parois latérales de la chambre de combustion et les surfaces du fond et s'écoulent vers le bas vers une des sorties de scorie 22 par lesquelles elles s'évacuent , La scorie tombe ensuite dans un bain d'eau d'où les cendres granulées sont extraites par un dispositif non représenté.
Les gaz de combustion en rotation montent et sont aspirés dans un conduit de sortie de gaz axial 24 et passent dans la chambre de rayonnement A gar- nie de tubes générateurs de vapeur, d'où les gaz traversent la partie du foyer 26
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et abandonnent leur chaleur au profit de surfaces de chauffage telles qu'un sur- chauffeur 28 et d'autres surfaces classiques absorbant la chaleur non représenté.
Un conduit de sortie de gaz 24 est garni de tubes absorbant la chaleur 30. On augmente de préférence les surfaces de chauffe des tubes 12, 16 et 30 garnissant les surface--- intérieures de la chambre de scorification B en soudant des goujons'aux tubes d'une façon bien connue. Ces tubes à goujons sont généra- lement recouverts d'une couche protectrice de minerai de chrome ou d'une autre matière réfractaire 13. Les extrémités inférieures des tubes 12 et 16 sont raccor- dées à un collecteur circulaire 32 qui, dans la forme d'exécution représentée sur la Fig. 1, reçoit de l'eau par des conduites 34 et une pompe 36, à partir d' une source non représentée. D'autres dispositifs peuvent être utilisés pour ame- ner l'eau au collecteur 32, par exemple par gravité à partir d'un corps d'eau et de vapeur.
Dans la forme d'exécution préférée représentée sur la Fig. 1, l'in- térieur du collecteur 32 est subdivisé longitudinalement en des espaces 38 et 40 au moyen d'une cloison 41. On peut également utiliser deux collecteurs séparés dis- posés côte à côte. Des tubes 16 garnissant le fond de la chambre B peuvent pren- dre la forme de bouclas comportant un coude en U 42 près du centre du fond 10.
Une extrémité du tube 16 se termine dansl'espace 38 du collecteur et l'autre extrémité dans l'espace 40 du collecteur. Ces tubes peuvent également former une spirale continue. Les extrémités inférieures des tubes 12 qui recouvrent la paroi latérale 11 se terminent également dans l'espace 40. En fonctionnement, l'eau d'alimentation s'écoule par la conduite 34 et pénètre dans l'espace 38, passe par les tubes 16 qui refroidissent le fond 10 et revient dans l'espace 40 du collec- teur puis passe par les tubes 12 qui refroidissent la paroi latérale de la cham- bre. Les tubes 12 se prolongent vers le haut pour former et refroidir le ciel 14 et pour garnir partiellement la chambre de rayonnement A. Chaque tube d'un nombre limité de tubes 12 est raccordé à un tube 30 garnissant le conduit de gaz axial 24.
Les tubes 30 peuvent former des boucles semblables à celles formées par les tubes de fond 16, l'extrémité de sortie des premiers continuant vers le haut et étant raccordée aux tubes mentionnés plus haut 12 qui garnissent les parois de la chambre de rayonnement A, ou ces tubes peuvent prendre la forme d'une spi- rale continue.
Suivant la présente invention, le fond 10 de la chambre de combustion B comporte une éminence centrale E et est relié à la paroi périphérique de la chambre par une surface S inclinée vers l'extérieur et vers le bas.
Dans la forme préférée des Figs. 1 , 2 et 4, la surface S est coni- que. L'invention envisage cependant également un fond ayant la forme par exemple d'une pyramide à 3, 4 côtés ou davantage. De plus, l'invention comprend égale- ment un fond incliné dans l'ensemble comme le montre la Fig. 1, mais comportant une surface irrégulière telle qu'une surface interrompue par descreux, des rai- nures ou des tranchées aboutissant aux ouvertures de décharge de la scorie.
Dans des chambres de scorification de construction connue, l'ouvertu- re de décharge de la scorie est placée au centre d'une trémie formant:le fond du foyer, et est ainsi limitée par les côtés de la trémie inclinés vers le haut qui rejoignent les parois latérales de la chambre. La scorie qui se dépose sur les parois de la chambre s'écoule vers le bas le long des parois et des côtés incli- nés vers l'ouverture de sortie centrale de la scorie.
On a découvert que dans le fonctionnement des foyers du type cyclone, les températures des gaz de combustion prennent souvent la forme d'une courbe en T (fig. 5) lorsqu'elles sont reportées en regard de la largeur du foyer. Ainsi, on peut voir que la température la plus élevée des gaz se rencontre dans une zone adjacente à la périphérie de la chambre cyclone et que la température la moins élevée se rencontre dans une zone située juste en-dessous du conduit axial de sortie des gaz.
Comme, lorsqu'on travaille à faible charge, la température des gaz est considérablement réduite, mais ne doit pas tomber en dessous de la tempé- rature de fusion des cendres afin de maintenir les cendres à l'état fluide, il
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est important que la sortie de la scorie soit placée dans ou directement en dessous de la zone de température la plus élevée.
Dans une chambre de scorification cyclonique connue, comportant une sortie de gaz axiale qui s'étend verticalement et une sortie centrale de scorie située dans une zone de combustion où la température est relativement basse, les cendres fluides qui traversent cette sortie sont refroidies en dessous du point de fusion des cendres quand le foyer travaille à charge réduite, quoique relati- vement forte.
D'autre part, un foyer cyclone construit suivant la présente inven- tion, pourvu d'un fond conique ou de forme analogue dont'le sommet est dirigé vers le conduit de sortie du gaz et comportant une ou plusieurs sorties de scorie disposées dans une rigole ou un renfoncement près de la paroi périphérique de la chambre, peut fonctionner à des charges beaucoup plus faibles qu'un foyer cyclo ne classique comportant une sortie centrale de scorie.
Du fait que la sortie de la scorie est placée dans la zone de tempé- rature la plus élevée, le perfectionnement de la présente invention, comme décrit plus haut, retarde le refroidissement et la solidification des cendres à la sor- tie de la scorie aux faibles charges. L'invention limite également ou empêche une accumulation indésirable d'une masse de cendres visqueuse ou sèche due à 1' obstruction de la sortie de la scorie, ces cendres après avoir été fondues pouvant être toutes déchargées simultanément dans l'appareil à traiter les cendres lors de la reprise d'un fonctionnement à plus forte charge.
Cela étant, dans un foyer cyclone équipé du fond suivant la présente invention, il n'est pas nécessaire d' installer un équipement de traitement des cendres et d'eau de refroidissement trop grand afin de tenir compte de la surcharge soudaine qui se produit à la fin d'une période prolongée de fonctionnement à faible charge, comme ce serait le cas dans un foyer cyclone non équipé du fond perfectionné de la présente invention.
Quoique l'invention ait été décrite de façon détaillée avec référence aux dessins annexés, il est clair qu'elle n'est pas limitée à cette description mais que de nombreuses variantes et modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre.
REVENDICATIONS.
1.- Chambre de combustion verticale du type cyclone caractérisée en ce qu'elle comprend un fond, une paroi latérale et un ciel comportant une sortie de gaz, un brûleur propre à créer dans la chambre une masse en rotation de gaz de combustion brûlants, une éminence sur le fond,et au moins une sortie pour la scorie dans une partie du fond éloignée du sommet de l'éminence.
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The present invention relates to cyclone-type slag stoves used for steam generators and, in particular, to improvements in the construction of the bottom of such stoves.
In a cyclone-type steam generator burning an ash-forming fuel and in which the ash is discharged in liquid form, there are often difficulties, when operating at low load, in keeping the ash molten and disposing of it. amounts of viscous or solidified ash that have accumulated.
It is known that in installations of steam generators with a wet or slag bottom, a liquefaction of the ash introduced with the fuel can only be carried out at loads or at heating rates greater than a predetermined value depending on the particular fuel used. and the construction of the home. At loads lower than this value, the ash residue or the slag settles in a viscous, pasty and semi-fluid state or in powder form. The pasty slag causes great difficulty in the operation of the wet bottom hearth because it causes the obstruction of the slag discharge opening.
While the slag, in a liquid state, flows down the walls of the wet-bottom hearth to the bottom of the latter and exits through the discharge opening to fall into the water bath of the slag discharge apparatus, the pasty slag slides on the bottom of the cooled hearth towards the discharge opening and, as it cannot flow out due to its high viscosity, it obstructs the orifice of the slag. dump.
The pasty or powdery ash residue produced during the subsequent low load operation of the fireplace thus accumulates on the bottom of the fireplace. Depending on the duration of the period of operation at low load, a more or less thick layer of slag is thus formed.
When changing from low load operation to higher load operation, this slag or ash deposit will slowly melt from top to bottom under the influence of temperature. which rises in the hearth, but without being able to flow outside since the discharge opening of the slag is still blocked. It is only when the slag plug contained in the discharge opening is also melted that the slag can flow out, and in a short period of time the mass of slag that has accumulated at the bottom of the hearth is released and springs out.
This suddenly excessively large quantity of slag imposes a very heavy load on the slag disposal installation and it is therefore necessary that this installation be constructed in such a way as to enable it to receive a considerable quantity of slag. , its capacity being thus greater than that which would be necessary to treat the average quantity of slag. Even more difficulty is encountered in obtaining the quantity of water required for cooling and granulating the slag, since 1.5 gallons (6.82 L) of water must be sent per pound (453 g). slag for cooling.
It is therefore necessary to construct the cooling water pumps and the supply and discharge piping to larger dimensions than normal requirements, with the result that the efficiency of the slag discharge system and the slag pumps. cooling water is low during normal operation.
In order to eliminate or reduce these difficulties, it has been suggested that the wet-bottom fireplace be subdivided into several slag chambers to improve the low load operation of the fireplace installation. However, this considerably increases the construction costs, and the subdivision of the slag chamber also involves other problems, especially with regard to the circulation of water.
The main object of the present invention is thus to substantially extend the range of trouble-free low load operation of a cyclone-type furnace for a steam generator by improving the construction and shape of the bottom of the furnace according to the temperatures. who reign there.
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Another object of the invention is to strongly delay the solidification and the accumulation of ashes, at the bottom of the hearth at low load, as well as the resulting overload of the ash removal installation, when the hearth is subsequently operated at a load. higher.
According to the invention, the above-mentioned difficulties are avoided by constructing the bottom of the furnace so as to place the slag outlet opening in the region of the highest temperature of the hearth.
According to the invention, there is provided a combustion chamber of the vertical cyclone type comprising a bottom, a side wall and a cover provided with a gas outlet, a burner capable of creating in the chamber a rotating mass of gas. burning burners and an eminence on the bottom as well as at least one slag outlet in a part of the bottom remote from the top of the eminence.
In order for the invention to be better understood, reference will be made to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 is a side elevational sectional view of a cyclone hearth steam generator, the lower portion of the hearth being constructed in accordance with the principles of the present invention; Fig. 2 is a horizontal section of the cyclone chamber taken along line 2-2 of FIG. 1; Fig. Fig. 3 is a horizontal section of the cyclone slag chamber taken along line 3-3 of Fig. 1; Fig. 4 is a partial section of the lower part of the cyclone chamber taken along line 4-4 of Fig. Fig. 1, Fig. 5 is a graph showing the changes in firebox temperature measured across its width and associated with the improvement of the present invention.
Fig. 1 of the drawings shows a cyclone type steam generator hearth comprising an upper radiation chamber A and a lower combustion chamber B, the bottom 10 of which is constructed according to the invention. The combustion or slagging chamber B is delimited by side walls 11 fitted with cooling tubes for the production of steam 12, a top 14 and a hearth or bottom 10 also lined with water tubes 16. In the embodiment. Preferred shown, the combustion chamber B is of generally circular section as shown in Figs. 3 and 4. However, the invention can also be applied to foci having an elliptical, rectangular or other polygonal shape.
Fuel, such as pulverized coal or other pulverized ash-forming fuel, as well as air for combustion, is fed into the combustion chamber by burners 18, four of which are shown in FIG. 2 spaced around the circumference of the chamber B. The air and fuel streams exiting the burners 18 directed tangentially towards an imaginary circle 20, cause the combustion gases to rotate at a relatively high speed. The heat-absorbing surfaces in slag chamber B, such as tubes 12 and 16, are proportioned so that the temperature of the gases is maintained above the melting point of the ash in the desired operating range, for keep these ashes in a liquid state.
In practice, the droplets of liquid ash carried in the combustion gases are driven against the side walls of the combustion chamber and the bottom surfaces and flow downwards towards one of the slag outlets 22 through which they flow. The slag then falls into a water bath from which the granulated ash is extracted by a device not shown.
The rotating combustion gases rise and are sucked in an axial gas outlet duct 24 and pass into the radiation chamber A furnished with steam-generating tubes, from which the gases pass through the part of the furnace 26.
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and relinquish their heat in favor of heating surfaces such as superheater 28 and other conventional heat absorbing surfaces not shown.
A gas outlet duct 24 is lined with heat-absorbing tubes 30. The heating surfaces of the tubes 12, 16 and 30 lining the interior surfaces of the slag chamber B are preferably increased by welding studs to them. tubes in a well-known fashion. These stud tubes are generally covered with a protective layer of chromium ore or other refractory material 13. The lower ends of tubes 12 and 16 are connected to a circular manifold 32 which in the form of execution shown in FIG. 1, receives water through pipes 34 and a pump 36, from a source not shown. Other devices can be used to supply water to manifold 32, for example by gravity from a body of water and steam.
In the preferred embodiment shown in FIG. 1, the interior of the manifold 32 is longitudinally subdivided into spaces 38 and 40 by means of a partition 41. It is also possible to use two separate manifolds arranged side by side. Tubes 16 lining the bottom of chamber B may take the form of buckles comprising a U-bend 42 near the center of the bottom 10.
One end of tube 16 ends in space 38 of the manifold and the other end in space 40 of the manifold. These tubes can also form a continuous spiral. The lower ends of the tubes 12 which cover the side wall 11 also terminate in the space 40. In operation, the feed water flows through the line 34 and enters the space 38, passes through the tubes 16. which cool the bottom 10 and return to the space 40 of the collector and then pass through the tubes 12 which cool the side wall of the chamber. The tubes 12 extend upwards to form and cool the sky 14 and to partially fill the radiation chamber A. Each tube of a limited number of tubes 12 is connected to a tube 30 lining the axial gas duct 24.
The tubes 30 may form loops similar to those formed by the bottom tubes 16, the outlet end of the former continuing upwards and being connected to the aforementioned tubes 12 which line the walls of the radiation chamber A, or these tubes may take the form of a continuous spiral.
According to the present invention, the bottom 10 of the combustion chamber B has a central eminence E and is connected to the peripheral wall of the chamber by a surface S inclined outwardly and downward.
In the preferred form of Figs. 1, 2 and 4, the surface S is conical. However, the invention also contemplates a bottom having the shape for example of a pyramid with 3, 4 or more sides. In addition, the invention also includes a generally inclined bottom as shown in FIG. 1, but having an irregular surface such as a surface interrupted by pits, grooves or trenches terminating at the slag discharge openings.
In slag chambers of known construction, the slag discharge opening is placed in the center of a hopper forming: the bottom of the hearth, and is thus limited by the upwardly inclined sides of the hopper which join the side walls of the chamber. The slag that settles on the walls of the chamber flows downward along the walls and sloping sides to the central slag outlet opening.
It has been discovered that in the operation of cyclone type fireplaces, the temperatures of the combustion gases often take the form of a T-curve (Fig. 5) when they are plotted against the width of the hearth. Thus, it can be seen that the highest temperature of the gases is found in an area adjacent to the periphery of the cyclone chamber and that the lowest temperature is found in an area located just below the axial gas outlet duct. .
As, when working at low load, the temperature of the gases is considerably reduced, but must not fall below the ash melting temperature in order to keep the ash in a fluid state, it
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It is important that the slag outlet is placed in or directly below the highest temperature zone.
In a known cyclonic slag chamber, having an axial gas outlet which extends vertically and a central slag outlet located in a combustion zone where the temperature is relatively low, the fluid ash which passes through this outlet is cooled below the temperature. ash melting point when the fireplace is working at a reduced, albeit relatively high, load.
On the other hand, a cyclone hearth constructed according to the present invention, provided with a conical bottom or of similar shape, the top of which is directed towards the gas outlet duct and comprising one or more slag outlets arranged in a channel or a recess near the peripheral wall of the chamber, can operate at much lower loads than a conventional cyclone hearth with a central slag outlet.
Because the slag outlet is placed in the highest temperature zone, the improvement of the present invention, as described above, retards the cooling and solidification of the ash at the slag exit. low loads. The invention also limits or prevents an undesirable build-up of a viscous or dry ash mass due to the obstruction of the slag outlet, which ash after being melted can all be discharged simultaneously into the ash treatment apparatus. when resuming operation at higher load.
However, in a cyclone hearth equipped with the bottom according to the present invention, it is not necessary to install an equipment for treating the ash and cooling water which is too large in order to take account of the sudden overload which occurs at the same time. the end of an extended period of low load operation, as would be the case in a cyclone fireplace not equipped with the improved bottom of the present invention.
Although the invention has been described in detail with reference to the accompanying drawings, it is clear that it is not limited to this description but that numerous variations and modifications can be made to it without departing from its scope.
CLAIMS.
1.- Vertical combustion chamber of the cyclone type characterized in that it comprises a bottom, a side wall and a cover comprising a gas outlet, a burner capable of creating in the chamber a rotating mass of hot combustion gases, an eminence on the bottom, and at least one outlet for the slag in a part of the bottom remote from the top of the eminence.