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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.