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CHAUDIERE A VAPEUR
L'invention concerne une chaudière à vapeur, c'est-à-dire un générateur de vapeur et plus particu- librement un appareillage destine à la production de vapeur en brûlant un produit combustible.
Dans la production de vapeur, et particulière- ment lorsque celle-ci est destinée à l'alimentation d'une turbine, le réglage de la température de la vapeur sur- chauffée constitue un problème important..Pour avoir un bon rendement, il faut en effet maintenir cette température
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-aussi près que possible d'une valeur prédéterminée , ' mais sans la dépasser ce qui risquerait d'entraîner certaines détériorations des matériaux..
Un autre pro- blême souvent rencontré dans le grands générateurs de vapeur est que, pendant la combustion, il se forme des oxydée nitreux qui sont évacuée dans l'atmosphère par la cheminée et qu'on pense être à l'origine d'une grande partie ders produite irritant contenue dans l'air de certaines régions. ce$ divers Inconvénient* des gé- nératrurs de vapeur suivent l'art antérieur sont évitée d'une manière nouvelle, par la présente invention*
Un objet principal de la présente invention est donc un générateur de vapeur muni de moyens de ré- glage de la surchauffe à une valeur constante, prédéter- miné*.
Un autre objet de l'invention est un générateur de vapeur comportant des moyens réduisant la quantité d'oxyde nitreux contenu dans les produite de la combustion* la présente invention a encore pour objet un générateur de vapeur muni de moyens de réglage de la surchauffe agissant en même temps sur la quantité d'oxyde nitreux dans les produite de la combustion.
Le générateur suivant l'invention comprend : a) des murs avant, arrière et latéraux définissent une chambre de combustion disposée verticalement. b) Deux épaulements situes sur des murs opposée et définis sant une cellule à haute température à l'extrémité inférieure du foyer. c) Un nez sur le premier des dits murs opposes, délimitant un passage de sortie des gaz à l'extrémité supérieure du foyer.
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d) un dispositif de combustion situé dans la cellule à haute température et produisant une flamme dirigée vers le haut. e) des ouvertures d'admission d'air secondaire disposées sur les deux mure opposés, au-dessus des épaulements. f) une source d'air reliée au dispositif de combustion et aux ouvertures d'air secondaire.
g) un surchauffeur à rayonnement associé au deuxième des dits surs opposes. h) et des moyens de commande, répondant à des variations de la température de vapeur surchauffée, pour modifier la répartition, de l'air entre les ouvertures du dit premier des murs opposés et les ouvertures du dit deuxième des murs opposés, déplaçant ainsi la flua entre les dite murs opposés de façon à maintenir la température de vapeur surchauffée à une valeur prédé- terminée.
L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description de sa forme d'exécution non limitative représentée sur les dessins annexés t
Fig. 1 est une coupe verticale du générateur de vapeur suivant l'invention*
Fig. 2 est une vue à plus grande échelle d'une partie de l'invention, suivant la ligne II-II de la fig. 1.
Fig. 3 est une vue schématique de l'appareillage, Rentrant le fonctionnement à forte charge.
Fig. 4 est une vue schématique de l'appareil*- lage, montrant le fonctionnement à faible charge.
Sur la fig. 1, qui montre le mieux les traite généreux de l'invention, le générateur de vapeur est
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globalement déeigné par le repère 10. 11 comprend un foyer 11 et une chaudière 12 montée eux une charpente support 13.Le foyer est du type vertical et comporte un sur avant 14, un mur arrière 15, des mura latéraux 16, un toit 17 et un fond 18 délimitant une chambre de combustion 19. Le mur avant 14 est muni d'un épaule** ment 21 ' avançant vers l'intérieur de la chambre. Le mur arrière 15 comporte un épaulement semblable 22. Les deux épaulements servent à diviser la chambre de combus- tion 19 en une cellule inférieure à haute température 23 et une partie supérieure 24.
Un brûleur à flamme diri- gée 25 est montée sur la face de 1'épaulement 21 qui regarde vers le bas. Un brûleur semblable 26 est monte sur la face de -épaulement 22 dirigée vers le bas* les brûleurs et la disposition générale du foyer sont ceux décrits dans le brevet américain n 2 947 289 du 11 Avril 1956.
A la. partie supérieure du foyer, lemur arrière 15 est muni d'un nez 27 dirigé vers l'avant. La. face supérieure du nez 27 et le toit 17 délimitent un passage horizontal 28 conduisant à une ouverture de sortie des gaz 29* Celle-ci aboutit à un pansage arrière 31 muni d'une chicane verticale 32 qui la divise en une section avant 33 et une section arrière 34. L'extrémité infé- reure du passage arrière 31 est reliée, à travers un réchauffeur d'air 35, à un carne au 36 aboutissant à la cheminée.
La chaudière 12 comprend un ballon d'eau et de vapeur 37, muni de l'équipement habituel de sépara- tion, et relié par des descentes 38 à des collecteurs 39
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et 41 situés Noua le fond du :oyer. Des tubes d'écran d'eau remontent du collecteur 39 le long des surface* du mur arrière 15, de l'épaulement 22 et du nez 27, pour aboutir au ballon 37 dans lequel se dégage la va- peur. De la même manière, des tubes d'écran d'eau re- montent du collecteur 41 le long du mur avant 14, de l'épaulement 21 et aussi du toit 17 pour assurer sa protection.
Les descentes 38 sont également reliées à des collecteurs 42, situés nous les murs latéraux 16, qui alimentent des tubes d'écran d'eau disposés sur les murs latéraux et se terminant dans le ballon 37. Un éoonomiseur 43 est placé entièrement en travers du pas- sage arrière 31, dans la partie inférieure des deux sections avant 33 et arrière 34. Des tubes de vapeur 44 quittent le haut du ballon 37. Certains d'entre eux sup- portent la chicane de séparation 32. Les autres suivent le mur arrière de la section arrière 34 du passage arrière.
Dans les deux cas, ils sont raccordés à leur extrémité inférieure à un surchauffeur à convection à basse tem- pérature 45, situé dans la section arrière 34. La partie supérieure de ce surchauffeur est reliée par une tuyau- terie 46, à l'extrémité inférieure d'un surchauffeur à rayonnement à température intermédiaire 47 adjacent au mur avant 14 du foyer, entre l'épaulement 21 et le tolt 17.
L'extrémité supérieure du surohauffeur 47 est reliée par une tuyauterie 48 à la partie avant d'un surcheuffeur à haute température 49. Ce dernier est constitué par des éléments pendants qui se terminent en une courte section, à transmission par oonveotion, dans le passage horizontal 28, et se raccordant finalement à un collecteur de vapeur
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surchauffée 51.
Un réchauffeur à convection à banne température 52 est placé dans la section avant 33 du passage arrière* Il est relié à sa partie supérieure à un réohauffeur à convection à haute température 53 situe dans le passage horizontal 28 près de l'ouverture de sortie des gas 29- Ce réchauffeur 53 aboutit à un collecteur de vapeur ré- chauffée 54.
Un ventilateur de soufflage forcé 55 fournit l'air au réchauffeur d'air 35, qui, à non tour, envoie l'air réchauffé dans un venturi 56. Ce dernier est muni d'un registre 57 qui permet de répartir l'air entre une chambre de pression 58 fournissant l'air aux brûleurs 25 et 26, et un conduit d*air secondaire 59. Un conduit 61, muni d'un registre 62, relie la chambre de pression 58 aux brûleurs 26 situés ourla face inférieure de l'épaule. ment 22. De même, un conduit 63, muni d'un registre 64, relie la chambre de pression 58 aux brûleurs 25 située aur la face inférieure de l'épaulement 21.
Le registre 64 est relié à un servo-moteur hy- draulique à Mouvement reotiligne 65 qui est raooordé par les lignes 66 et 67 à la sortie d'une commande centrale 68. L'entrée de cette commande oentrale 68 est reliée par une ligne 69 à un dispositif de mesure de température 71 situé dans le collecteur de vapeur réchauffée 54. Un autre dispositif de mesure de température 72,placé dans le collecteur de vapeur surchauffée 51, est raccordé par une ligne 73 à l'entrée de la commande centrale 68.
Le registre 62, dans le conduit 61, est également relié à un servomoteur hydraulique 74 raccordé a. la commande
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centrale 68 par des lignes 75 et 76. Le conduit d'air se'. conduire 59 est relié, par un premier branchement 77, à une ouverture d'air secondaire 78 située dans le mur, avant 14 du foyer, juste au-dessus de l'épaulement 21.
Le conduit 59 est également relié, par un branchement 79, à une ouverture semblable 81 située dans le mur ar- rière 15, juste au-dessus de l'épaulement 22. Un registre 82 est placé dans le branchement 77. Il est relié à un servo-moteur hydraulique 83 connecté à la commande cen- traie 68 au moyen des lignes 84 et 85. De môme, un re- gistre 86, placé dans le branchement 79,est relié à un servo-moteur hydraulique 87 connecté à la commande cen- traie 68 par des lignes 88 et 89.
En bas de la section arrière 34 du passage arrière 31 sont disposés des registres 91 reliés à un aervo-moteur hydraulique 92 connecté à la commande cen- trale 68 par des lignes 93 et 94. En bas de la section avant 33 du passage arrière sont disposés des registres 95 reliés à un servo-moteur hydraulique 96 connecté à la commande centrale 68 par des lignes 97 et 98. Le registre 57, qui règle la répartition de l'air introduit entre la chambre de pression 58 et le conduit d'air se- condaire 59, est relié à un servo-moteur hydraulique 99 connecté à la commande centrale 68 pardes lignes 101 et 102. Des prises de pression 103 et 104 sont fixées sur le venturi 56 et sont raccordées par des lignes 105 et 106 à l'entrée de la commande centrale 68.
La disposition des prises de pression 103 et 104 crée une pression dif- ferentielle entre les deux lignes 105 et 106, indiquant ainsi le débit d'air introduit dans le foyer et par
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,conséquent la. charge du générateur.
Un désurchauffeur 105 est intercalé, de la manière usuelle dans la tuyauterie 46 entre le sur- chauffeur à basse température 45 et le surchauffeur à rayonnement à température intermédiaire 47* La. quantité d'eau injectée dans la vapeur est réglée par la commande centrale 68, au moyen d'une ligne 106 reliant la commande 68 au désurchauffeur 105.
La. commande centrale 68 est d'un type connu Elle reçoit des signaux de différentes sources tel* que des dispositifs de mesure de la charge, par exemple les prises de pression 103 et 104, et des dispositifs de mesure de température, par exemple les prises 71 et 72, et elle les transforme en signaux qui aboutissent à des servo-moteurs par différentes lignes de raccordement* Ces servo-moteurs agissent alors de façon à corriger les variations des température* de ré- chauffage et de surchauffe La nature de cette commande ne fait pas partie de la présente invention et sa con- ception et sa construction sont d'un art connu*
Sur la fige 2, on voit que l'ouverture 78 dans le mur avant 14 du foyer est obtenue en courbant,.
altère Hâtivement, des tubes d'écran d'eau derrière le* tubes qui leur sont adjacents. On obtient ainsi des ouvertures ou fentes entre tubes du mure L'ouverture 81 dans le mur arrière 15 est réalisée de la même façon*
Le fonctionnement du générateur de vapeur suivant l'invention;, exposé ci-dessous aéra-mieux compris à la lumière de la description qui précède. les brûleurs 25 et 26. fonctionnent de la manière habituelle* Ils pro- duisent un mélange de combustible et d'air qui brûle en
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.donnant naissance à une masse de produit* de combustion 107.
La plus grande partie de la flamme visible constituée par cette masse de gaz se termine légèrement au-dessus des épaulements 21 et 22, en raison de la conception parti- culière du foyer et de la présence de la cellule à haute température 23 dans laquelle N'effectua une grande partie de la combustion. Les gaz produite *'élèvent à travers la chambre de combustion 19, contournent le nez 27, travers sent le passage horizontal 28, et, par l'ouverture de, sortie 29, arrivent dans le passage arrière 31. Ils se répartissent alors entre la section avant 33 et la section arrière 34, suivant la position des registres 91 et 95.
Dans certains cas, une partie de gaz peut être dirigée dans une section de by-pass -non représentée- du passage arrière, dans laquelle il n'y a ni éléments de surchauffeur. ni éléments de réchauffeur* Les gaz quittent le passage arrière, traversent le réchauffeur d'air 35 où ils ser- vent à élever la température de l'air introduit dans le @ foyer, et aboutissent dans le carneau d'évacuation 36.
L'eau est chauffée puis vaporisée, la vapeur est sur-* chauffée puis réchauffée, de la façon habituelle, par la masse de gaz qui transmet sa chaleur par rayonnement aux écrans d'eau et au surchauffeur à rayonnement 47, par une combinaison de rayonnement et de convection au surchauffeur 49, et principalement par oonveotion aux éléments de réchauffeur 52 et 53 ainsi qu'su sur chauffeur 45. Pour obtenir un rendement optimum du générateur, de la chaleur est également récupérée dans l'éoonomiseur 43 et dans le réohauffeur d'air 35.
Si le générateur fonctionnait uniquement de cette façon à différentes
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charges, la température de la vapeur .urohautt4. dans le collecteur 51, qui va vers la turbine, diminuerait, cooot à.dire que la courbe de la température de surchauffe en fonction de la charge serait inclinât, avec de* -tempes ratures de surchauffe plue ciblée aux allure. réduites,
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La quantité d*air admise aux brûleurs 25 et 26 est réglée par les registre% 64 et <'2, respectivement, de façon à déplacer la masse de gaz 1OT vers le mur arrière 15 ene le mur avant 14 du foyer. Ceci est obtenu au moyen des eervo..moteura 65 et 74, nous l'action de la commande aera trale 68 agissant par l'intermédiaire des lignes 669, fl7.
75 et 76. Ce mode de déplacement de flamme est décrit dans
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le brevet américain n 2 9' 289. D'une manière générale, cet effet est obtenu par 19,augmentation du débit d'air d'un des brûleurs 25 et 26. A forte charge, comme on le voit sur
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la fig. 3s la flamme et les gaz montent vers le mur arrière 15. En m6me tempe, Ion registres 82 et 86des conduits d'air secondaire 7T et 79 sont réglés au moyen de servo- moteurs 85 et 67y eux-m8mee commandés par la ooamandt centrale 68, par l'intermédiaire des lignes 84, 85 et 88, 89, respectivement. lorsque la charge est élevée, ce qui est signalé à la commande centrale 68 par les prises de pression différentielle 103 et 104 et par leurs ligne.
105 et 106, lea registres sont disposée pour que le débit d'air à travers le conduit 77 et l'ouverture 78 du mur avant, soit beaucoup plus grand que le débit d'air à tra- vers le conduit 79 et l'ouverture 81 du mur arrière. Ceci
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a pour effet de pousser la masse de gaz .0'T vexa le mue arrière du foyer. A forte charge, la quantité totale d'air nécessaire à l'ensemble de, brûleurs 25 et 26 est
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très élevée elle est réglée soit par les registres
62 et 64 fonctionnant simultanément, soit par le moteur du ventilateur de soufflage 55 tournant plus vite.
La quantité totale d'air secondaire admise aux ouvert tures 78 et 81 est également plus importante aux tarte. charges. Toutefois, la répartition reste telle que l'air secondaire venant du mur avant par l'ouverture 78 est prédominant par rapport à celui qui traverse l'ouverture 81 du mur arrière, et les gaz sont repoussés vers le mur arrière. Cet air secondaire a d'autre part pour effet de protéger les murs avant et arrière et de produire une combustion complète de l'oxyde nitreux comme décrit ci- dessous*
A faible charge, les registres 62 et 64 sont disposer pour que les gaz montent vers le mur avant du foyer, par exemple en envoyant davantage d'air au brû- leur 25 qu'au brûleur 26, ce qui repousse la flamme vers le mur avant.
On peut aussi obtenir ce déplacement de la flamme en donnant aux ailettes des brûleurs inter-tubes des positions relatives convenables. En même temps, les registres 86 et 82 sont disposés pour que l'air sortant de l'ouverture 81 du mur arrière soit prédominant, et repousse les gaz vers le mur avant. Ce mouvement de la flamme de l'avant à l'arrière du foyer et inversement* suivant les indications de la commande centrale 68, a pour résultat de maintenir la surchauffe dans le col- lecteur de vapeur surchauffée à une valeur constante prédéterminée.
En effet, à forte charge, la fig. 3 montre que la flamme monte vers le mur arrière 15 et doit suivre un parcours plus long pour continuer le nez 27 ;les gaz
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restent donc plus longtemps dans le foyer, et ils sont plus froids lorsqu'ils atteignent les surfaces d'échange par convection de la chaudière. :En même temps,la flamme est plus éloignée du sur chauffeur à rayonnement 47 et la transmission de chaleur à celui-ci prend une valeur minimal.. ,Au contraire, à faible charge, la fig. 4 montre que la flamme monte vers le mur avant 14- et la trans- mission de chaleur par rayonnement au surchauffeur 47 a une valeur maximale.
En outre les gaz suivent dane ce cas le trajet leplus court autour du nez 27, c'est-à-dire qu'ils restent moins longtemps dans la chambre de combus- tion 19 et qu'il sont à une température plus élevée lors- qu'ils atteignent les surfacez d'échange par convection.
Aux allures comprise. entre la charge poussée et la faible charge, la flamme occupe des positions intermédiaire. entre les murs avant et arrière du foyer* Cette méthode de réglage de la surchauffe peut, dans une forme de réa- lisation pratique, être combinée avec d'autres méthodes* Par exemple ci, dans certaine cas, à forte charge, la température de surchauffe dépasse la valeur prédéterminée malgré le bon fonctionnement du système de déplacement de la flamme, elle peut être réduite par le désurchauf- four 105 sur un signal envoyé à celui-ci à travers la ligne 106* En outre,
les températures relatives de la vapeur réchauffée dans le collecteur 54 et de la vapeur sur- 'chauffée dans le collecteur 51 peuvent être ajustées en réglant la répartition des gaz à travers la section avant 33 sur le réchauffeur à convection 52 et à travers la section arrière 34 sur le surchauffeur à convection 4.
Une réduction complémentaire de la =chauffe peut être
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obtenue, d'une manière connue, en dérivant une partie des gaz à travers une section de by-pass du passage ar- rière dans laquelle ne se trouvent ni éléments de réohauf- feur 52 ni éléments de surohauffeur 45.
Le registre 57 est manoeuvré par le servo-moteur
99 Mitonne par la c ommande centrale 68 par le intermédiaire des lignée 101 et 102. Ce registre répartit l'admission. d'air entre les brûleurs 25 et 26 d'une part, et les ou- vertures d'air secondaire 78 et 81 d'autre part* A forte charge, bien qu'il soit nécessaire d'envoyer beaucoup d'air aux brûleurs pour la combustion, le registre est disposé pour abaisser la proportion d'air dirigé vers les brûleurs* Au contraire, à faible charge, la propor- tion d'air envoyé aux brûleurs est augmentée, pour main- tenir l'allumage. En même tempe il n'est pas nécessaire d'introduire beaucoup d'air secondaire par les ouvertures 78 et 81.
D'une manière générale, la présente invention comprend la répartition de l'air entre les ouvertures d'air secondaire qui sont au-dessus des épaulements 21 et 22, et les brûleurs à flamme dirigée montés sur les faces inférieures des épaulements.
Dans le fonctionnement habituel d'un foyer, le pourcentage d'oxyde nitreux dans le gaz effluent augmente avec la charge d'une façon plus ou moins accentuée. On a constaté que la pante de cette courbe (ou la valeur absolue de l'oxyde nitreux) peut être diminuée en réduisant la vitesse du combustible et de l'air dans le brûleur..
A forte charge, où la vitesse dans le brûleur est naturel.- lement élevée, une partie de l'air de combustion est
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.introduite indépendamment dans le foyer, comme air secondaire. Le point d'introduction est bien sépare de la zone dans laquelle l'air se combine immédiatement au combustible venant du tube du brûleur.
A faible charge, quand il *et nécessaire de mélanger immédiat** ment l'air aveo le combustible pour maintenir l'allu- mage, une partie considérable de l'air est introduite par les brûleurs de façon classique@ plutôt que sous forme d'un courant séparé d'air secondaire* A faible charge, le fonctionnement du générateur correspond à la zone inférieure de la courbe de production d'oxyde ni- treux, pour laquelle la formation de ce produit est très faible* Dans la forme de réalisation préférés, à faible charge,
la plus grande partie de l'air pas** par les brûleurs et la flamme est positionnée de ma- nière à monter vers le mur avant pour que les gas rac- tent moins longtemps dans le foyer et passent plus près tu surchauffeur à rayonnement*. Ce déplacement de la flamme est aidé par l'introduction, d'une plus grand* proportion d'air secondaire par le mur arrière, qui repousse la flamme vers l'avant. A forte charge, on augmente la proportion d'air secondaire, et les brûleurs sont disposés de maniérée, positionner la flamme vers le mur arrière. Les gas séjournent alors plus longtemps dans la chambre de combustion et transmettent moins de chaleur au surchauffeur à rayonnement.
L'air secondaire est réglé de façon à passer en grande partie par le mur avant, pour aider à repousser la flamme vers le mur arrière.
On volt qu'à forte charge, c'est-à-dire lorsque
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la masse des gaz est importante et difficile à régler en position, on utilise une plus grande quantité d'air secondaire, ce. qui aide à pousser la flamme vers l'ar- rière du foyer. A faible charge, c'est-à-dire lorsque la masse des gaz eat faible et qu'il est facile de pla- cer la flamme, l'air secondaire eet également introduit' en faible quantité et il n'a pas à intervenir de façon aussi importante dans le placement de la flammeEn même -Lampa,. à forte charge, où la production d'oxyde nitreux pose un problème, la vitesse de l'air dans le brûleur est réduite, diminuant ainsi la formation d'oxyde nitreux. La combustion reste toutefois complète grâce à l'air seoondaire introduit à cette charge.
11 est entendu que des changements de détail peuvent être apportés dans la forme et la construction du dispositif suivant l'invention, sans sortir du cadre de la présente invention ; celle-ci n'est pas limitée à la forme d'exécution particulière représentée et dé- orite plus haut*
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STEAM BOILER
The invention relates to a steam boiler, that is to say a steam generator and more particularly to an apparatus intended for the production of steam by burning a combustible product.
In the production of steam, and particularly when this is intended for supplying a turbine, the regulation of the temperature of the superheated steam is an important problem. To have a good efficiency, it is necessary to indeed maintain this temperature
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- as close as possible to a predetermined value, 'but without exceeding it, which would risk causing certain deterioration of the materials.
Another problem often encountered in large steam generators is that, during combustion, nitrous oxide forms which are vented into the atmosphere through the chimney and believed to be the source of a large part of produced irritant contained in the air of certain areas. This miscellaneous Disadvantage * of the steam generators following the prior art are avoided in a novel way by the present invention *
A main object of the present invention is therefore a steam generator provided with means for adjusting the superheating to a constant, predetermined * value.
Another object of the invention is a steam generator comprising means reducing the quantity of nitrous oxide contained in the products of the combustion * The present invention also relates to a steam generator provided with means for controlling the superheating acting at the same time on the amount of nitrous oxide in the products of combustion.
The generator according to the invention comprises: a) front, rear and side walls define a combustion chamber arranged vertically. b) Two shoulders located on opposite walls and defined forming a high temperature cell at the lower end of the fireplace. c) A nose on the first of said opposite walls, delimiting a gas outlet passage at the upper end of the fireplace.
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d) a combustion device located in the high temperature cell and producing an upward directed flame. e) secondary air intake openings arranged on the two opposing walls, above the shoulders. f) an air source connected to the combustion device and to the secondary air openings.
g) a radiant superheater associated with the second of said opposite superheater. h) and control means, responding to variations in the temperature of the superheated steam, for modifying the distribution of the air between the openings of said first of the opposite walls and the openings of said second of the opposite walls, thus displacing the flua between said opposite walls so as to maintain the superheated steam temperature at a predetermined value.
The invention will be better understood in the light of the description of its non-limiting embodiment shown in the accompanying drawings t
Fig. 1 is a vertical section of the steam generator according to the invention *
Fig. 2 is a view on a larger scale of part of the invention, taken along line II-II of FIG. 1.
Fig. 3 is a schematic view of the apparatus, entering the operation at high load.
Fig. 4 is a schematic view of the apparatus * - lage, showing the operation at low load.
In fig. 1, which best shows the generous treats of the invention, the steam generator is
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generally designated by the reference 10. 11 comprises a fireplace 11 and a boiler 12 mounted on a support frame 13. The fireplace is of the vertical type and comprises a front 14, a rear wall 15, side walls 16, a roof 17 and a bottom 18 delimiting a combustion chamber 19. The front wall 14 is provided with a shoulder ** ment 21 'projecting towards the interior of the chamber. The rear wall 15 has a similar shoulder 22. The two shoulders serve to divide the combustion chamber 19 into a lower high temperature cell 23 and an upper part 24.
A directed flame burner 25 is mounted on the face of the shoulder 21 which faces downward. A similar burner 26 is mounted on the downwardly facing shoulder face 22. The burners and the general arrangement of the fireplace are those described in U.S. Patent No. 2,947,289 of April 11, 1956.
To the. upper part of the fireplace, the rear wall 15 is provided with a nose 27 directed forward. The upper face of the nose 27 and the roof 17 define a horizontal passage 28 leading to a gas outlet opening 29 * This leads to a rear grooming 31 provided with a vertical baffle 32 which divides it into a front section 33 and a rear section 34. The lower end of the rear passage 31 is connected, through an air heater 35, to a flue at 36 terminating in the chimney.
The boiler 12 comprises a water and steam tank 37, fitted with the usual separation equipment, and connected by downspouts 38 to collectors 39
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and 41 located at Noua le fond du: oyer. Water screen tubes run up from collector 39 along the surfaces * of rear wall 15, shoulder 22 and nose 27, terminating at balloon 37 in which the vapor is released. Likewise, water screen tubes rise from the collector 41 along the front wall 14, the shoulder 21 and also the roof 17 to ensure its protection.
The downspouts 38 are also connected to collectors 42, located on the side walls 16, which feed water screen tubes arranged on the side walls and ending in the balloon 37. An energy saver 43 is placed entirely across the rear passage 31, in the lower part of the two front 33 and rear 34 sections. Steam tubes 44 leave the top of the flask 37. Some of them support the separation baffle 32. The others follow the wall rear of the rear section 34 of the rear passage.
In both cases, they are connected at their lower end to a low temperature convection superheater 45, located in the rear section 34. The upper part of this superheater is connected by a pipe 46, at the end. bottom of an intermediate temperature radiant superheater 47 adjacent to the front wall 14 of the fireplace, between the shoulder 21 and the tolt 17.
The upper end of the superheater 47 is connected by a pipe 48 to the front part of a high temperature superheater 49. The latter consists of pendant elements which terminate in a short section, with transmission by oonveotion, in the passage. horizontal 28, and finally connecting to a steam manifold
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overheated 51.
A low temperature convection heater 52 is placed in the front section 33 of the rear passage * It is connected at its top to a high temperature convection reheater 53 located in the horizontal passage 28 near the gas outlet opening 29- This heater 53 leads to a heated steam collector 54.
A forced blower 55 supplies the air to the air heater 35, which, in turn, sends the heated air to a venturi 56. The latter is provided with a register 57 which allows the air to be distributed between a pressure chamber 58 supplying air to the burners 25 and 26, and a secondary air duct 59. A duct 61, provided with a register 62, connects the pressure chamber 58 to the burners 26 located on the underside of the 'shoulder. 22. Likewise, a duct 63, provided with a register 64, connects the pressure chamber 58 to the burners 25 located on the underside of the shoulder 21.
The register 64 is connected to a hydraulic servo motor with reotiline movement 65 which is connected by lines 66 and 67 to the output of a central command 68. The input of this central command 68 is connected by a line 69 to a temperature measuring device 71 located in the heated steam collector 54. Another temperature measuring device 72, placed in the superheated steam collector 51, is connected by a line 73 to the input of the central control 68 .
The register 62, in the conduit 61, is also connected to a hydraulic booster 74 connected to a. the command
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central 68 by lines 75 and 76. The air duct is'. lead 59 is connected, by a first connection 77, to a secondary air opening 78 located in the wall, front 14 of the fireplace, just above the shoulder 21.
The conduit 59 is also connected, by a branch 79, to a similar opening 81 located in the rear wall 15, just above the shoulder 22. A register 82 is placed in the branch 77. It is connected to a hydraulic servo motor 83 connected to the central control 68 by means of lines 84 and 85. Likewise, a register 86, placed in connection 79, is connected to a hydraulic servo motor 87 connected to the control center 68 with lines 88 and 89.
At the bottom of the rear section 34 of the rear passage 31 are disposed registers 91 connected to a hydraulic servomotor 92 connected to the central control 68 by lines 93 and 94. At the bottom of the front section 33 of the rear passage are arranged registers 95 connected to a hydraulic servomotor 96 connected to the central control 68 by lines 97 and 98. The register 57, which regulates the distribution of the air introduced between the pressure chamber 58 and the air duct secondary 59, is connected to a hydraulic servomotor 99 connected to the central control 68 by lines 101 and 102. Pressure taps 103 and 104 are fixed to the venturi 56 and are connected by lines 105 and 106 to the 'central control input 68.
The arrangement of the pressure taps 103 and 104 creates a differential pressure between the two lines 105 and 106, thus indicating the flow of air introduced into the hearth and by
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, therefore the. generator load.
A desuperheater 105 is interposed, in the usual manner in the piping 46 between the low temperature superheater 45 and the intermediate temperature radiant superheater 47 * The quantity of water injected into the steam is regulated by the central control 68 , by means of a line 106 connecting the control 68 to the desuperheater 105.
The central control 68 is of a known type It receives signals from different sources such as load measuring devices, for example the pressure taps 103 and 104, and temperature measuring devices, for example the devices. sockets 71 and 72, and transforms them into signals which lead to the servo-motors via different connection lines * These servo-motors then act in such a way as to correct the variations in the heating and overheating temperatures * The nature of this control does not form part of the present invention and its design and construction are of known art *
In fig 2, we see that the opening 78 in the front wall 14 of the fireplace is obtained by bending ,.
Hastily alters water screen tubes behind the * tubes adjacent to them. Openings or slits between the wall tubes are thus obtained. The opening 81 in the rear wall 15 is made in the same way *
The operation of the steam generator according to the invention ;, explained below aera-better understood in the light of the above description. burners 25 and 26. operate in the usual way * They produce a mixture of fuel and air which burns in
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. giving rise to a mass of combustion product * 107.
The greater part of the visible flame formed by this mass of gas ends slightly above the shoulders 21 and 22, due to the special design of the hearth and the presence of the high temperature cell 23 in which N 'did much of the combustion. The gases produced * 'rise through the combustion chamber 19, bypass the nose 27, through the horizontal passage 28, and, through the outlet opening 29, arrive in the rear passage 31. They are then distributed between the front section 33 and rear section 34, depending on the position of registers 91 and 95.
In some cases, part of the gas can be directed into a bypass section - not shown - of the rear passage, in which there are no superheater elements. no heater elements * The gases leave the rear passage, pass through the air heater 35 where they serve to raise the temperature of the air introduced into the fireplace, and terminate in the exhaust flue 36.
The water is heated then vaporized, the steam is superheated and then reheated, in the usual way, by the mass of gas which transmits its heat by radiation to the water screens and to the radiant superheater 47, by a combination of radiation and convection to the superheater 49, and mainly by oonveotion to the heater elements 52 and 53 as well as to the heater 45. To obtain optimum efficiency from the generator, heat is also recovered in the economizer 43 and in the reheater air 35.
If the generator only worked this way at different
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loads, steam temperature .urohautt4. in the manifold 51, which goes to the turbine, would decrease, cooot ie that the curve of the superheat temperature as a function of the load would be tilted, with more targeted superheat erasures at paces. reduced,
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The quantity of air admitted to the burners 25 and 26 is regulated by the registers% 64 and <'2, respectively, so as to displace the mass of gas 1OT towards the back wall 15 and the front wall 14 of the fireplace. This is obtained by means of the eervo..moteura 65 and 74, we the action of the aera trale command 68 acting by the intermediary of the lines 669, fl7.
75 and 76. This flame displacement mode is described in
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US Pat. No. 29,289. In general, this effect is obtained by 19, increasing the air flow rate of one of the burners 25 and 26. At high load, as seen in
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fig. 3s the flame and the gases rise towards the back wall 15. At the same time, registers 82 and 86 of the secondary air ducts 7T and 79 are regulated by means of servomotors 85 and 67y themselves controlled by the central control unit 68 , via lines 84, 85 and 88, 89, respectively. when the load is high, which is signaled to the central control 68 by the differential pressure taps 103 and 104 and by their lines.
105 and 106, the registers are arranged so that the air flow through duct 77 and opening 78 in the front wall is much greater than the air flow through duct 79 and opening. 81 from the back wall. This
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has the effect of pushing the mass of gas. 0'T upsets the rear molting of the fireplace. At high load, the total quantity of air required for the set of burners 25 and 26 is
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very high it is regulated either by the registers
62 and 64 operating simultaneously, or by the motor of the blower fan 55 rotating faster.
The total quantity of secondary air admitted to the openings 78 and 81 is also greater at the pies. charges. However, the distribution remains such that the secondary air coming from the front wall through the opening 78 is predominant over that which passes through the opening 81 of the rear wall, and the gases are pushed back towards the rear wall. This secondary air also has the effect of protecting the front and rear walls and of producing complete combustion of the nitrous oxide as described below *
At low load, registers 62 and 64 are arranged so that the gases rise towards the front wall of the fireplace, for example by sending more air to the burner 25 than to the burner 26, which pushes the flame towards the wall. before.
This displacement of the flame can also be obtained by giving the fins of the inter-tube burners suitable relative positions. At the same time, the registers 86 and 82 are arranged so that the air leaving the opening 81 of the rear wall is predominant, and pushes the gases towards the front wall. This movement of the flame from the front to the back of the fireplace and back again * as indicated by the central control 68, results in maintaining the superheat in the superheated steam manifold at a predetermined constant value.
In fact, at high load, FIG. 3 shows that the flame rises towards the rear wall 15 and must follow a longer course to continue the nose 27; the gases
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therefore stay longer in the hearth, and they are colder when they reach the heat exchanger surfaces by convection of the boiler. : At the same time, the flame is farther from the radiant heater 47 and the heat transmission to the latter takes on a minimum value .., On the contrary, at low load, fig. 4 shows that the flame rises towards the front wall 14- and the transmission of heat by radiation to the superheater 47 has a maximum value.
In addition, the gases in this case follow the shortest path around the nose 27, that is to say they remain less long in the combustion chamber 19 and are at a higher temperature when that they reach the exchange surfaces by convection.
Including gaits. between the thrust load and the low load, the flame occupies intermediate positions. between the front and rear walls of the fireplace * This superheat control method can, in a practical embodiment, be combined with other methods * For example, in some cases, at high load, the temperature of The superheat exceeds the predetermined value despite the good functioning of the flame displacement system, it can be reduced by the desuperheating furnace 105 on a signal sent to it through the line 106 * In addition,
the relative temperatures of the reheated steam in manifold 54 and overheated steam in manifold 51 can be adjusted by adjusting the gas distribution through the front section 33 on the convection heater 52 and through the rear section 34 on the convection superheater 4.
A further reduction of the = heating can be
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obtained, in a known manner, by diverting part of the gases through a bypass section of the rear passage in which there are neither reheater elements 52 nor superheater elements 45.
Register 57 is operated by the servo motor
99 Mitonne by the central control 68 through the intermediary of lines 101 and 102. This register distributes the admission. air between the burners 25 and 26 on the one hand, and the secondary air openings 78 and 81 on the other hand * At high load, although it is necessary to send a lot of air to the burners for combustion, the damper is arranged to lower the proportion of air directed towards the burners * On the contrary, at low load, the proportion of air sent to the burners is increased, to maintain ignition. At the same time, it is not necessary to introduce a lot of secondary air through the openings 78 and 81.
In general, the present invention comprises distributing the air between the secondary air openings which are above the shoulders 21 and 22, and the directed flame burners mounted on the lower faces of the shoulders.
In the usual operation of a furnace, the percentage of nitrous oxide in the effluent gas increases with the load to a greater or lesser extent. It has been found that the slope of this curve (or the absolute value of nitrous oxide) can be reduced by reducing the speed of the fuel and the air in the burner.
At high load, where the speed in the burner is naturally high, part of the combustion air is
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. introduced independently into the fireplace, as secondary air. The point of introduction is well separated from the zone in which the air immediately combines with the fuel coming from the burner tube.
At low load, when it * and necessary ** to immediately mix the air with the fuel to maintain ignition, a considerable part of the air is introduced by the burners in the conventional way rather than in the form of fuel. 'a separate stream of secondary air * At low load, the operation of the generator corresponds to the lower region of the nitrous oxide production curve, for which the formation of this product is very low * In the embodiment preferred, low load,
most of the air is passed ** by the burners and the flame is positioned so that it goes up towards the front wall so that the gases take less time in the hearth and pass closer to the radiant superheater * . This displacement of the flame is aided by the introduction of a greater proportion of secondary air through the rear wall, which pushes the flame forward. At high load, the proportion of secondary air is increased, and the burners are arranged so that the flame is positioned towards the rear wall. The gases then stay longer in the combustion chamber and transmit less heat to the radiant superheater.
The secondary air is regulated to pass largely through the front wall, to help push the flame back towards the rear wall.
We only volt at a high load, that is to say when
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the mass of the gases is important and difficult to adjust in position, a larger quantity of secondary air is used, this. which helps to push the flame towards the rear of the fireplace. At low load, that is to say when the mass of the gases is low and it is easy to place the flame, the secondary air is also introduced in small quantities and does not have to intervene. also important in the placement of the flame At the same -Lampa ,. at high load, where the production of nitrous oxide is a problem, the air speed in the burner is reduced, thus decreasing the formation of nitrous oxide. However, combustion remains complete thanks to the secondary air introduced at this charge.
It is understood that changes of detail can be made in the form and construction of the device according to the invention, without departing from the scope of the present invention; this is not limited to the particular embodiment shown and de- ored above *