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GENERATEUR DE VAPEUR A FAIBLE EXCES D'AIR
L'invention concerne un générateur de vapeurElle vise, plus particulièrement, un dispositif destiné à la pro- duction de vapeur au moyen de la combustion d'un combustible dans l'air.
Dans la production de vapeur, il est courant de brûler un combustible, tel que du charbon pulvérisé, du mazout, ou un gaz, en suspension ét en mélange avec l'air. les produits chauds résultant de la combustion sont ensuite amenés à échanger leur chaleur avec l'eau. Dans le passé, on a tou- jours dû utiliser un excès d'air important, par rapport aux quantités stoechiométriquemnt nécessaires, pour brûler le combustible. Lorsqu'on a essayé de rapprocher la quantité d'air de la valeur théorique, on a rencontré des difficultés avec le maintien de l'allumage de la flamme au brûleur et avec
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l'obtention d'une combustion complète.
La présente invention , évite d'une manière, nouvelle les inconvénients des dispositifs suivant l'art antérieur. ' L'invention a donc pour objet un générateur de vapeur; dans lequel il est possible de réduire la quantité d'air à une valeur seulement légèrement supérieure à la proportion théoriquement nécessaire à la combustion. Le générateur suivant un l'invention a rendement élevé, dû à la diminution des pertes à la cheminée. Il a également pour avantage de présenter un encrassement réduit des surfaces d'échange de chaleur. En outre, la formation de SO3, de même que sa condensation et la corrosion dans le réchauffeur d'air, est réduite.
L'invention a encore pour objet un générateur de vapeur qui peut fonctionner avec moins de 5% d'excès d'air sans qu'on rencontre de difficultés dues au défaut d'allumage ou à la combustion incomplète. D'autre part, la température des gaz qui quittent le réchauffeur d'air peut être réduite à des valeurs qui, jusqu'à présent, ne pouvaient être admises parce qu'elles entraînaient la corrosion du réchauffeur d'air. ! j La quantité d'oxyde nitrique dans les gaz qui.sortent du générateur suivant l'invention est en outre notablement réduite.
D'autres avantages de l'invention apparaîtront aux hommes de l'art à la lecture de la présente description.
L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description de sa forme d'exécution non limitative représentée sur les dessins annexés : non limitative représentée sur les dessins annexés : Fig. 1 est uhe coupe longitudinale verticale d'un générateur de vapeur suivant l'invention.
Fig. 2 est une vue schématique des brûleurs et de ,l'équipement associé, utilisés avec le générateur.
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Fig. 3 est un schéma d'une commande principale du générateur, et Fig. 4 est une coupe d'une autre forme de réalisation de l'invention.
Sur la figure 1, qui représente le mieux les traits, généraux de l'invention, le générateur de vapeur est globale- ment désigné par le repère 10. Il comprend un foyer 11, et une chaudière 12, montée sur une charpente support 13. Le foyer 11 est délimité par un mur de façade 14, un mur arrière 15, des murs latéraux 16, un toit 17 et un fond 18, définis- .sant une chambre de combustion 19 allongée verticalement. Près du fond 18 sont disposés deux épaulements horizontaux 21 et 22 situés, respectivement, sur le mur avant 14 et le mur arrière 15. Ces épaulements érmitent, avec le fond 18, une cellule à haute température 23. Des brûleurs 24 et 25.sont montés sur les épaulements 21 et 22.
Ils sont du type inter- tubes, à flamme orientable, représenté et décrit dans le' demande de brevet n 217 322, de Miller, déposée le 16 Août 1962. Ce brûleur est du type à vitesse constante, dans lequel la vitesse de l'air, à, travers le brûleur proprement dit, peut être réglée à la valeur constante optimale, quelle que soit la charge, c'est-à-dire indépendamment de l'air total intro-,,, duit dans le foyer.
La chaudière 12 comprend un ballon d'eau et de vapeur 26, relié par des descentes 27 à un ballon inférieur 28. Ce dernier est relié par des descentes 29 à un collecteur 31, situé à la base 18 du générateur et relié lui-même à des collecteurs longitudinaux 32. De 'ceux-ci partent des tubes dirigés vers le haut le long des murs latéraux 16. Des tubes dirigés vers le haut partent du collecteur 31, le long du mur
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arrière 15, et, du même collecteur 31, le long du fond 18 et du mur avant 14. Certains des tubes qui recouvrent le.mur. arrière 15 sont courbés en forme de nez 33, faisant saillie su le mur arrière 15 vers le mur avant 14. Ce nez est situé en- dessous d'une sortie de gaz 34, qui conduit aux passages arrière de la chaudière.
Ceux-ci contiennent un économiseur 35 et sont raccordés, à travers un réchauffeur d'air 36, à une cheminée 37. Un ventilateur de soufflage forcé 38 fournit l'air au réchauffeur d'air et, à travers ce dernier, à un conduit principal 39. Celui-ci est équipé d'un venteur 41 d'où .partent deux tubes pneumatiques 42 et 43, longitudinalement espacés, qui transmettent un signal, indiquant la charge du générateur, à un dispositif d'intégration 44. Le conduit principal 39 aboutit à la base du foyer, et l'air est divisé en deux partiespar une vanne 45, de manière à être dirigé dans deux conduits 46 et 47. De ces conduits partent des dérivations, une pour chaque brûleur. Par exemple, une déri- vation 48 alimente le brûleur 25, et une dérivation 49 ali- mente le brûleur 24.
Un orifice 51, situé dans le conduit 48, permet la mesure du débit d'air. Une ouverture 52 est prévue à la partie supérieure de l'épaulement 22. Cette ouverture est, munie d'un registre 53. De même/ le conduit 49 comporte un .orifice 54, et une ouverture d'air -secondaire 55 est prévue à la partie supérieure de l'épaulement 21. Cette ouverture . est munie d'un registre 56, pour le réglage de débit d'air introduit. dans le foyer à cet endroit. Un surchauffeur 57 à haute température, à rayonnement, est disposé à la partie supérieure de la chambre de combustion 19. Entre la surface supérieure du nez 33 et le toit 17, se trouve un surchauffeur 58 à température intermédiaire, à convection.
Un surchauffeur ,
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59, à basse température, est placé dans le passage arrière.
Ces trois surchauffeurs sont reliés en série, en vue de l'élévation progressive de la température de la vapeur à surchauffer.
La figure 2 représente la disposition des brûleurs, ' des conduits d'admission d'air, des m tuyauteries de combus- tible, et de leurs organes de commande associés. On voit éga- lemment la façon dont ils sont reliés à une commande principale 61. Il faut.noter que sur la surface inférieure de l'épaule- ment 22 sont disposés trois autres brûleurs 62,63 et 64, en , , plus du brûleur 25 précédemment décrit. De même, le long de la surface inférieure de l'épaulement 21, sont disposés les brûleurs 65,66 et 67, en plus du brûleur 24. Alors que le brûleur 25 st relié au conduit principal 46 par sa dériva- tion 48, c'est.une dérivation 68 qui alimente le brûleur 62; une dérivation 69 sert au brûleur 63, et une dérivation 71 au brûleur 64.
De même, le brûleur 65 est alimenté par une déri- vation 72, le brûleur 66 par une dérivation 73 et le brûleur 67 par une dérivation 74, de la même manière que le brOleur 24 est alimenté par une dérivation 49. Les dérivations asso- ciées aux brûleurs 62, 63, 64, 65,66 et 67 comportent des orifices individuels, de la même façon que la dérivation 48 du brûleur 25 est munie d'un orifice 51, et que la dérivation 49 du brûleur 24 comporte un orifice 54. La totalité de l'alimen- talion en combustible pour le foyer arrive au générateur de vapeur par une tuyauterie 75, qui est munie d'une vanne princi- pale 76 d'alimentation -'en combustible.
Pour la facilité de l'exposé, la tuyauterie 75 est représentée comme un tuyau de gaz, mais il est entendu que le combustible peut être liquide,' ou constitué par du charbon pulvérisé mélangé avec de l'air.
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Apres la vanne 76, le tuyau 75 se diviee en deux branches 77 et 78. La répartition du combustible entre ces deux branche- ' ments est réglée par un registre 79, dont la position est com- mandée par un servo-moteur hydraulique linéaire 81. Le branche ment 77 est divisé en deux dérivations 82 et 83, et la répar.' tition du combustible au point de jonction est déterminée par un registre 84 dont la position est commandée par un servo- moteur hydraulique 85. De même, le branchement 82 est divisé en deux dérivations 86 et 87, la répartition du gaz'entre celles-ci étant déterminée par un papillon 88, dont la position est commandée par un servo-moteur hydraulique 89.
La dérivation 86 est raccordée au canon du brûleur 25, tandis que la dériva- ! tion 87 est raccordée au canon du brûleur 62,,
Le branchement 83 est relié à deux dérivations 91 et 92, la répartition du combustible étant effectuée au moyen d'un papillon 93, dont la position est commandée par un servo., moteur hydraulique '94. La dérivation 91 est raccordée au canon du brûleur 63, et la dérivation 92 au canon du brûleur 64.
Le conduit 78 est divisé en deux branchements 95 et
96 et le débit de gaz est réparti entre ceux-ci au moyen d'un papillon 97, dont la,, position est déterminée par un servo-moteur, hydraulique 98: Le branchement 96 est, , son tour, relié à deux dérivations 99 et 101, la division du combustible entre celles-ci étant déterminée par un papillon 102, dont le réglage est effectué par un servo-moteur hydraulique 103. La dérivation
101 est raccordée au canon du brûleur 65, tandis que la déri- vation 99 est raccordée au canon du brûleur 24.
Le branchement . 95 est relié à deux dérivations 104 et 105, et le combustible est réparti entre celles-ci au moyen d'un papillon 106, dont la position est déterminée par un servo-moteur hydraulique 107. Les
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positions des servo-moteurs hydrauliques 81,85, 89,94, 98, 103 et 107, sont commandées par l'intermédiaire d'une série de conduits hydrauliques 108 raccordées à la commande cen- 'traie. 61.
La dérivation 86 comporte un orifice 109, dont les côtés opposés sont raccordés à des conduits 111 et 112, disposés de manière à transmettre l'indication de la pression de part et d'autre de l'orifice. Ces pressions donnent l'in- dication du débit de combustible à travers l'orifice. Il est entendu que le dispositif de mesure de débit est différent suivant le combustible utilisé ; un orifice calibré convient quand le combustible est du gaz, mais on peut envisager un système de mesure différent pour le mazout ou le charbon pul- vérisé. Les autres extrémités @ conduits 111 et 112 sont raccordées à un régulateur de proportion air-combustible 113, Des conduits 114 et 115 sont également branchés de part et d'autre de l'orifice 51 de la dérivation 48.
Ces derniers conduits sont raccordés au régulateur 113 et lui donnent une indication du débit d'air envoyé au brûleur 25. Une partie importante du régulateur 113 est constituée par un dispositif .intégrateur 116, capable d'émettre un signal de sortie dans un conduit 117, sous la forme d'une pression d'air représentative de la somme des pressions d'air dans les conduits 111, 112, 114 et 115. Les conduits 111, 112 sont connectés au dispositif de totalisation de manière donner un résultat qui est la dif- férence de leurs indications respectives. Les conduits .114 et 115 sont raccordés de la même façon au dispositif totali- sateur.
Le. résultat net dans le conduit 117 est une pression d'air égale au rapport des différences de pression dans les deux paires de conduits, c'est-à-dire au rapport air-combustible
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Chacun des autres brûleurs 62, 63, 64, 24, 65, 66 et 67, comporte également, dans ses propres dérivations d'alimentation en combustible et en air, des orifices qui sont reliés par des conduits correspondants à des régulateurs de rapport air- combustible. Le brûleur 62 comporte un régulateur 118 raccordé,. par un conduit 119. semblable au conduit 117, à la commande centrale 61. De même, le brûleur 63 comporte un régulateur
121, dont le conduit de sortie 122 est relié à la commande centrale.
Un régulateur 123 et un conduit de sortie 124 sont prévus pour le brûleur 64 ; un régulateur 125 et un conduit de sortie 126 correspondent au brûleur 24. Le brûleur 65 com- porte un régulateur 127 relié à la commande centrale par un conduit 128 ; le brûleur 66 a un régulateur 129 et un conduit
131 de liaison à la commande centrale 61, et enfin le brûleur
67 comporte un régulateur 132 avec un conduit de sortie 133.
Les conduits 42 et 43, venant du venturi principal . 41 placé sur l'arrivée d'air, amènent un signal indicateur de la charge à un dispositif totalisateur 44 ; celui-ci sous- trait un signal de l'autre et donne un signal de sortie, dans un conduit 134, proportionnel à la différence entre les deux signaux. Ce signal de sortie est par conséquent proportionnel au débit d'air qui circule dans le conduit principal 39 et il indique la charge du générateur de vapeur. Le conduit 134 est relié à un servo-moteur pneumatique 135 qui agit sur un rhéostat 136 reliant une source 137 d'énergie électrique à la bobine 138 d'une servo-vanhe électro-hydraulique 139.
L'entrée de cette vanne est reliée à une source d'huile hydraulique sous pression, et sa sortie est reliée aux extrémités opposées d'un servo-moteur hydraulique 141. La tige de piston de ce dernier est reliée à un levier de manoeuvre 142 de la vanne
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principale de combustible 76, de manière à régler la position de celle-ci.
La figure 3 représente les détails de la commande principale 61. Arrivent à cette commande les conduits 124, 122 .
119, 117, 126, 128,131 et 133, venant des contrôleurs indi- viduels de rapport air-combustible et indiquant les quantités d'air et de combustible introduites dans chaque brûleur cor- respondant. Des conduits hydrauliques 108 sortent de la com- ; mande principale 61. Ils aboutissent aux différents servo- moteurs de papillons associés à l'admission de combustible . dans les brûleurs. Tous les conduits d'entrée sont d'abord raccordés à un dispositif totalisateur 143, qui donne un signal de sortie, dans un conduit 140. Ce signal représente la dit- férence des quantités de combustible admises de chaque c8té du générateur. Le conduit 140 est relié à un servo-moteur pneumatique 144, qui agit sur un rhéostat 145 en vue de la commande d'une électro-vanne 146.
Celle-ci contrôle la posi- tion du servo-moteur 81 et du papillon 79. Les conduits 122 et 124 sont également connectés à un dispositif totalisateur - 147, pour donner un signal de sortie pneumatique dans un con- duit 148 relié à un servo-moteur pneumatique 149. Ce servo- moteur agit sur un rhéostat 151 qui, à son tour, commande la vanne 152 de manière à actionner le servo-moteur hydraulique 94 et le papillon 93. Les conduits 117 et 119 sont également reliés à un dispositif totalisateur 153, dont le signal de sortie est amené par un conduit 154 à un servo-moteur pneu- matique 155.
Celui-ci agit sur un rhéostat 156, de manière à commander une vanne 157 et à actionner le servo-moteur hydrau- lique 89 et le papillon 88, Les quatre conduits 117,119, 122 et 124 sont raccordés à un dispositif totalisateur 158 qui en- voie un signal de sortie à travers un conduit 159. Celui-ci
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aboutit à un servo-moteur pneumatique 181, qui agit sur u rhéostat 162. Ce dernier commande une vanne 163. dont les sorties aboutissent à un servo-moteur hydraulique 85, qui actionne le papillon 84.
Les conduits 126, 128,131 et 133 sont reliés à ; un dispositif totalisateur 164, dont le conduit de sortie 165 est raccordé à un servo-moteur pneumatique 166. Ce der- nier agit sur un rhéostat 167 pour la commande d'une vanne 168, dont la sortie 108 est reliée au servo-moteur hydrau- . lique 98 qui actionne le papillon 97. Les conduits 126 et 128 sont également reliés à un dispositif totalisateur 169, dont le conduit de sortie 171 est raccordé à un servo-moteur pneumatique 172. Celui-ci agit sur un rhéostat 173. qui déter- mine le réglage d'une vanne 174, Cette dernière est reliée, par les conduits 108, au servo-moteur hydraulique 103 qui actionne le papillon 102.
De même, les conduits 131 et 133 sont également reliés à un dispositif totalisateur 175 ayant un conduit de sortie 176 raccordé à un servo-moteur pneumati- que 177. Ce dernier agit sur un rhéostat 178 et détermine un courant électrique sur la bobine d'une servo-vanne 179. Les conduits de sortie 108 de celle-ci sont reliés au servo- moteur hydraulique 107 qui détermine le réglage du papillon 106.
La figure 4 représente une autre disposition des brûleurs. Dans ce cas, le brûleur représenté, désigné par le repère 181, est du type à vitesse constante, décrit dans la demande de brevet n 180 503, de Kuhner, déposée le 19 Mars 1962. Le conduit principal 182 est coudé vers le haut, pour se diriger vers le brûleur ; il comporte, dans sa partie coudée, des ailettes fixes de direction d'air 183. Un venturi
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184, d'où partent des conduits 185 et 186, est disposé dans le conduit 182. Le caisson de brûleur 187 est placé à l'in- térieur du conduit ; il comporte une paroi verticale 188 qui sépare une partie de l'air qui traverse le conduit et l'oblige . à pénétrer dans le caisson de brûleur 187. En outre, une paroi supplémentaire 189 est aisposée entre laaroi 188 et le mur du foyer.
Cette paroi est courbée de manière à former une partie horizontale qui divise le brûleur exactement en deux parties, Un papillon 191 est prévu entre la paroi 188 et la paroi 189, près de leur entrée. Un papillon semblable 192 existe à l'entrée entre la coison 189 et le mur de la chaudère.
Dans le brûleur lui-même, on trouve des ailettes supérieures 193, situées du c8té supérieur de la cloison 189, et des ailet.-' tes inférieures 194 situées du @té inférieur de cette cloison, la partie horizontale de cette dernière étant alignée avec le canon 195 du brûleur. Le mur de la chaudière, immédiatement au-dessus de la face supérieure de l'épaulement 196, comporte une ouverture 197 formée par cintrage des tubes vers l'arrière et latéralement. Dans cette ouverture est montée une tubulure 198 en tôle. Cette tubulure est éauipée d'un papillon 199, pour la commande de l'air qui pénètre du conduit dans le foyer, comme air tertiaire.
Le brûleur peut être réglé en vue du maintien de la vitesse de l'air, autour du canon de combustible, à une valeur constante optimale indépendante de la charge.
Le fonctionnement de l'appareil suivant l'invention, exposé ci-dessous, sera mieux compris à la lumière de la des- cription qui précède. Le mélange d'air et de combustible brûle . dans la cellule à haute température 23 et dans la chambre de combustion 19, puis traverse les éléments de la chaudière 12 pour produire de la vapeur. Celle-ci est surchauffée dans les
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surchauffeurs 59, 58 et 57, avant d'être envoyée à une tur.
, bine. L'air est envoyé au générateur de vapeur par le venti. lateur de soufflage forcé 38, qui le refoule dans le réchauf- feur d'air 36, où il soumis à l'échange de chaleur avec les gaz quittant le générateur. Le débit total d'air dans le générateur est mesuré au moyen du venturi 41 et transmis, par, les conduits 42 et 43,.au dispositif totalisateur 44. La ' sortie de ce dispositif indique toujours la charge de l'unité, et la présente invention permet d'ajuster le combustible intro- duit dans les brûleurs en fonction de cette charge et du débit d'air. L'air qui arrive dans le conduit principal 39 est divisé, par le papillon 45, en deux parties.
Une partie de l'air alimente les brûleurs arrière 25,62, 63 et 64, tan- dis que l'autre partie sert aux brûleurs avant 24, 65, 66 et 67 ,Chacun des brûleurs est alimenté par sa propre dérivation, et chacune de celles-ci comporte un orifice permettant de con- naître exactement le débit d'air vers le brûleur considéré. De même, le débit de combustible envoyé au canon de chaque buû leur est mesuré séparément.
Le réglage du débit total de combustible dans un rapport exact avec l'air total, et la division de ce combustible proportionnellement à l'air envoyé à chaque brûleur, permettent de ainterir un rapport air- combustible exact pour chacun des brûleurs, ainsi qu'un excès ') d'air déterminé avec'précision. Les signaux émis par le ven- turi 41 sont envoyés au dispositif totalisateur 44, par l'in- termédiaire des conduits 42 et 43. La sortie du dispositif dans le conduit 134 indique le débit total d'air introduit dans l'unité. Ce signal agit, à travers le servo-moteur pneumatique 135 le rhéostat 136, et le servo-vanne 139, de manière à ajuster le servo-moteur 141.
Celui-ci règle, à son
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tour, le taux d'alimentation au moyen de la poignée 142 de la vanne 76. La quantité totale de combustible admise aux buû- leurs est dans un rapport correct avec la quantité totale d'air envoyée aux brûleurs, au même instant. Le problème est alors de diviser le combustible, vers les différents brûleurs, de telle sorte qua chaque brûleur reçoive une quantité de com- bustible en proportion prédéerminée avec la quantuté d'air dirigée vers ce brûleur. Ce réglage individuel est nécessaire, à cause de la difficulté de diviser l'air en proportions ', , exactes.
Quel que soit le soin apporté au dessin des conduits et au fonctionnement des papillons de réglage d'air, le débit d'air varie considérablement d'un brûleur à l'autre, particu-,' lièrement d'une charge à une autre. Pans ces conditions, si on n'utilisa pas la présente invention, et qu'on essaie de réduire la quantité totale d'air de manière à avoir un faible excès, il est très probable que certains brûleurs recevront plus que l'excès d'air qu'on désire respecter, alors que d'au- tres n'auront pas assez d'air. Les risques d'une telle situa- )ion sont le défaut d'allumage, les explosions, l'instabilité et autres conditions dangereuses.
Le combustible, qui arrive par la tuyauterie prin- cipale 75 et la vanne 76, est réglé à la valeur exactément égale au total désiré pour tous les brûleurs. Le combustible est ensuite divisé en deux parties par le papillon 79 ; une partie est dirigée dans le branchement 77 et l'autre partie dans le branchement 78. Cette division est faite dans les proportions voulues grâce au dispositif totalisateur 143, qui reçoit les signaux d'air et de combustible vers l'ensem- ble de brûleurs arrière, et les signaux d'air et de combus- tible vers l'ensemble des brûleurs avant.
Le dispositif 143
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compare ces signaux et détermine si la proportion de combus tible entre les brûleurs avant et arrière est correctes Si ; elle n'est pas correcte, il agit sur le papillon de répar- tition jusqu'à obtenir la répartition convenable. De la même façon, le combustible total dirigé vers les brûleurs arrière' est divisé, par le papillon 84, entre la dérivation 82 ali- mentant les brûleurs 25 et 62 et la dérivation 83 alimentant les brûleurs 63 et 64. Bien entendu, le combustible dans la conduite 82 est divisé, par le papillon 88, entre lse buû- leurs 25 et 62, tandis que le combustible qui passe dans la conduite 83 est divisé, par le papillon 93, entre les buû- leurs 63 et 64.
La même disposition s'applique aux brûleurs avant. Le combustible dirigé dans la dérivation 78 pour alimenter les brûleurs avant est divisé en deux parties par le papillon 97. Une partie va dans la dérivation 96, où elle. est répartie, par le papillon 102, entre les brûleurs 24 et
65. L'autre partie passe dans ia dérivation 95 et elle est divisée, par le papillon 106, pour l'alimentation des brûleurs
66 et 67. On voit donc que le combustible qui aboutit à chaque brûleur est réglé avec précision par les papillons situés en amont.
Le combustible qui aboutit au brûleur'25 traverse l'orifice 109 ; une indication de la quantité de combustible est envoyée, par l'intermédiaire des conduits 111 et 112, au dispositif 113, dans lequel la différence des indications agit pour moduler la pression d'air dans le conduit de sortie
117. En même temps, l'air qui aboutit au brûleur 25 traverse l'orifice 51. Une indication de la quantité d'air ainsi en- voyée au brûleur est transmise, par l'intermédiaire des conduits 114 et 115, au dispositif 113, de sorte que la dif- férence entre ces'deux signaux agit pour moduler la pression
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dans le conduit 117. Chacun des dispositifs 113, 118, 121 , 123, 125, 127, 129 et 132 est relié à la commande principale 61 par un conduit.
Chacun de ces conduite contient une pres- sion d'air qui représente le rapport air-combustible du buû- leur considéré. Ces pressions sont associées de différentes façons dans la commande principale 61. Par exemple, les signaux; des brûleurs arrière 25, 62, 63 et 64 passent dans la commande principale, à travers les conduits 124,122, 119 et 117, res- pectivement, et ils sont amenés au dispositif totalisateur 143. Les signaux des brûleurs avant 24,65, 66 et 67, arrivent à la commande principale par les conduits 126, 128, 131, 133, respectivement, et ils sont également amenés au dispositif totalisateur 143. Les signaux des brûleurs avant sont raccordés à un côté des diaphragmes du dispositif totalisateur, tandis que ceux des brûleurs arrière sont admis de l'autre.côté de ces diaphragmes.
Le résultat net est que le signal de sortie du dispositif 143, qui apparaît dans le conduit 144, représente la différence entre le combustible et l'air arrivant aux, buû- leurs arrière et ceux arrivant aux brûleurs avant. Cette diffé- rence est transmise, à travers le servo-moteur pneumatique 144 et le rhéostat 145, pour la commande de la vanne 145.
Celle-ci actionne le servo-moteur hydraulique 81 et règle le ' papillon 79 de manière à répartir le combustible entre les brûleurs avant et les brûleurs arrière. Lorsque le combustible' a été ainsi divisé, il est à nouveau subdivisé entre les grou- pes de brûleurs du mur avant et du mur arrière, et encore bune fois entre les brûleurs individuels de chaque groupe. Dans chaque cas, ceci est fait au moyen d'un dispositif totalisa- teur qui reçoit le signal pneumatique de rapport air-combus- tible de chaque brûleur. Il en résulte que le.rapport air-. ,
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combustible de chaque brûleur.est contrôle avec beaucoup. , ,, de précision.
Il est possible de régler l'excès d'air, qui tra- verse les brûleurs, à une très faible valeur, l'air et le ' combustible arrivant dans la cellule à haute température 23 et se mélangeant complètement. L'utilisation d'un contrôle précis du rapport air-combustible, de brûleurs du type à vitesse constante, et d'une cellule à haute température, assure un bon allumage, de sorte que l'excès d'air peut être réduit à une valeur très faible sans danger de défaut d'al- lumage. Même si le rapport air-combustible à un brûleur par.
ticulier est accidentellement en dehors du réglage, ceci est compensé par le fait que la vitesse réelle de l'air à travers' le brûleur est à la valeur optimale, ainsi que par le mélange' complet que subissent l'air et le combustible dans la cellule à haute température. En outre,la température élevée dans la cellule favorise l'allumage et la combustion de mélanges qui seraient peu convenables pour des foyers usuels. Dans certains,,; cas, il peut être souhaitable et nécessaire d'introduire une partie de l'air dans le courant gazeux, pour compléter la combustion. Ceci peut être obtenu au moyen des ouvertures d'air, 52 et 55, situées au-dessus de la cellule à haute température .
-et réglées par les papillons 53 et 56.
Dans le cas du brûleur 181 représenté sur la figure 4, le débit d'air envoyé au brûleur considéré est mesuré dans le venturi 184. Les pressions mesurées en des points espacés du venturi sont transmises par l'intermédiaire des conduits 185 et 186 et donnent une indication de la l'j¯ quantité d'air entrant dans l'unité. L'air est div sé par les papillons,191 et 192, passe dans les parties s périeure
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et inférieure du brûleur, et traverse les ailettes supérieures
193 et les ailettes inférieures 194, respectivement.
De cette façon, il est possible d'avoir un mélange, avec une faible quantité d'air, dans la partie inférieure du brûleur, et un mélange, avec une grande quantité d'air,dans la partie supé- rieure du brûleur. De plus, on peut ajouter de l'air secondaire au-dessus de la flamme, par l'ouverture 197, le papillon 199 ' permettant de régler le débit d'air qui traverse la tubulure
198.
Il est certain que la combustion d'un combustible avec une quantité d'air proche de la valeur théorique est très intéressante pour un possesseur de chaudière, mais qu'elle présente aussi des difficultés quand on utilise un équipement suivant l'art antérieur. Ce mode de fonctionnement améliore les taux de @ransmission de chaleur par diminution des pertes j à la cheminée. En outre, quand on brûle du mazout avec un minimum d'excès d'air, il apparait qu'on supprime le salisse- ment des surfaces de chauffe. La formation de SO3 est également réduite, ce qui supprime presque complètement la corrosion 'par condensation dans les réchauffeurs d'air. L'absence virtuelle d'excès d'oxygène dans les gaz effluents permet d'abaisser la température de ceux-ci au-dessous des valeurs habituellement pratiquées jusqu'à présent.
Ceci est possible même avec des combustibles à haute teneur en soufre. Le fonc- tionnement normal avec une quantité d'air de combustion proche ' de la théorie nécessite un contr8le très précis du rapport air-combustible pour chaque brûleur. Un autre facteur concerne l'effet d'un excès d'air minimum sur la composition chimique des gaz évacués. Certains travaux expérimentaux montrent qu'il faut introduire de l'air au-dessus de la flamme pour
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réduire au maximum l'oxyde nitrique dans les fumées.
L'emploi d'une rangée d'ouvertures d'air au-dessus du brûleur, par lesquelles une quantité réglée d'air tertiaire pénètre dans le foyer, permet d'augmenter la teneur en oxygène des fumées, t ce qui a pour effet d'abaisser leur concentration en oxyde ,. nitrique. La répartition du débit d'air envoyé à chaque buû- leur, entre la moitié supérieure et la moitié inférieure des ouvertures d'air séparées par des papillons réglables, permet d'augmenter ou diminuer le débi d'air au-dessus ou au-dessous des brûleurs. On dirige ainsi l'air dans le combustible avec la distribution la plus avantageuse.
Lorsqu'on brûle un com- bustible avec un excès d'air réduit tout à fait au minimum, il est bien entendu important que les parties du combustible susceptibles de brûler et l'oxygène de l'air se rencontrent mutuellement très vite. Il est également important qu'aucune fraction de l'air de combustion ne s'échappe à travers le foyer sans participer à la combustion. Il faut remarquer qu'avec la présente construction, avec le type de foyer repré. senté sur la figure 1, les brûleurs du mur avant sont disposés sur une seule rangée horizontale. Ceci permet d'amener un seul conduit à chaque brûleur, de façon simple et peu coû- teuse, de sorte que la distribution d'air, même avant,le ré- glage individuel des brûleurs, est tout à fait régulière.
L'emploi de brûleur à flamme dirigée et à vitesse contrôlée permet de maintenir à travers le brûleur, à faible charge, de plus grandes vitesses qu'avec les brûleurs usuels. On peut ainsi utiliser un faible excès d'air à des charges plus fai- bles qu'il n'a été possible de le faire jusqu'à présent.
'En conclusion, on voit que la possibilité d'employer un faible excès d'air, c'est-à-dire de l'ordre de o à 5%,
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permet d'obtenir un meilleur rendement de l'installation, puisque l'excès d'air absorbe de la chaleur et l'entraine hors de la chaudière. D'autre part, il se forme moins de pentoxyde de venadium et les surfaces sont de ce fait plus propres. Il se forme également moins de S03, et la corrosion du réchauffeur d'air est par suite diminuée. Il y a moins de condensation à l'extrémité froide et par conséquent moins de corrosion du réchauffeur d'air.
En outre, ce mode de fonction- nement permet d'abaisser la température finale des gaz évacués, sans risquer la formation de produits corrosifs dans le réchauf' feur d'air, même avec des combustibles à haute teneur en sou- ; fre. Quand on utilise de l'air tertiaire, il se forme moins de NO2 et par conséquent moins de risque de brouillard. La pré- sente disposition est partieul rement favorable à un fonc- tionnement régulier avec un faible excès d'air, du fait que chaque brûleur possède son propre conduit d'air, ceci étant rendu possible par l'utilisation d'une seule rangée horizon- tale de brûleurs et d'une cellule à haute température.
La présente construction du foyer, avec une cellule à haute tem- pérature,' est moins exigeante pour le maintien exact du rapport[ théorique- air-combustible, parce que le mélange et la tempe- rature élevée dans la cellule inférieure favorisent l'alluma- ge rapide et la combustion complète. Il est également pos- sible de contrôler la température de vapeur, au moyen du ré- glage de l'excès d'air, entre zéro et un maximum pratique.
Il 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 aux formes d'exécution particulières représentées et décrites plus haut.
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LOW EXCESS AIR STEAM GENERATOR
The invention relates to a steam generator. It relates more particularly to a device intended for the production of steam by means of the combustion of a fuel in air.
In the production of steam, it is common to burn a fuel, such as pulverized coal, fuel oil, or a gas, suspended and mixed with air. the hot products resulting from combustion are then caused to exchange their heat with water. In the past, it has always been necessary to use a large excess of air, compared to the stoichiometric quantities required, to burn the fuel. When we tried to bring the quantity of air closer to the theoretical value, we encountered difficulties with maintaining the ignition of the flame at the burner and with
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obtaining complete combustion.
The present invention avoids in a new way the drawbacks of the devices according to the prior art. The invention therefore relates to a steam generator; in which it is possible to reduce the quantity of air to a value only slightly greater than the proportion theoretically necessary for combustion. The generator according to the invention has high efficiency, due to the reduction in losses at the stack. It also has the advantage of having reduced fouling of the heat exchange surfaces. In addition, the formation of SO3, as well as its condensation and corrosion in the air heater, is reduced.
A further object of the invention is a steam generator which can operate with less than 5% excess air without encountering difficulties due to faulty ignition or incomplete combustion. On the other hand, the temperature of the gases leaving the air heater can be reduced to values which, until now, could not be allowed because they lead to corrosion of the air heater. ! The quantity of nitric oxide in the gases which exit from the generator according to the invention is also notably reduced.
Other advantages of the invention will become apparent to those skilled in the art on reading the present description.
The invention will be better understood in the light of the description of its non-limiting embodiment shown in the appended drawings: non-limiting shown in the appended drawings: FIG. 1 is a vertical longitudinal section of a steam generator according to the invention.
Fig. 2 is a schematic view of the burners and associated equipment used with the generator.
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Fig. 3 is a diagram of a main control of the generator, and FIG. 4 is a sectional view of another embodiment of the invention.
In FIG. 1, which best represents the general lines of the invention, the steam generator is generally designated by the reference 10. It comprises a hearth 11, and a boiler 12, mounted on a support frame 13. The hearth 11 is delimited by a front wall 14, a rear wall 15, side walls 16, a roof 17 and a bottom 18, defining a combustion chamber 19 elongated vertically. Near the bottom 18 are arranged two horizontal shoulders 21 and 22 located, respectively, on the front wall 14 and the rear wall 15. These shoulders enclose, with the bottom 18, a high temperature cell 23. Burners 24 and 25 are mounted on the shoulders 21 and 22.
They are of the inter-tube, orientable flame type, shown and described in Patent Application No. 217,322, to Miller, filed August 16, 1962. This burner is of the constant speed type, in which the speed of the air, through the burner itself, can be regulated to the optimum constant value, whatever the load, that is to say independently of the total air introduced into the fireplace.
The boiler 12 comprises a water and steam tank 26, connected by downspouts 27 to a lower tank 28. The latter is connected by downspouts 29 to a manifold 31, located at the base 18 of the generator and connected itself. to longitudinal collectors 32. From these leave tubes directed upward along the side walls 16. Tubes directed upwardly from the collector 31, along the wall
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rear 15, and, of the same manifold 31, along the bottom 18 and the front wall 14. Some of the tubes which cover the wall. rear 15 are curved in the form of a nose 33, projecting from the rear wall 15 towards the front wall 14. This nose is located below a gas outlet 34, which leads to the rear passages of the boiler.
These contain an economizer 35 and are connected, through an air heater 36, to a chimney 37. A forced blower fan 38 supplies air to the air heater and, through the latter, to a duct. main 39. This is equipped with a fan 41 from which two pneumatic tubes 42 and 43, longitudinally spaced apart, send a signal, indicating the load of the generator, to an integration device 44. The main duct 39 ends at the base of the fireplace, and the air is divided into two parts by a valve 45, so as to be directed into two conduits 46 and 47. From these conduits branch offs, one for each burner. For example, a bypass 48 feeds the burner 25, and a bypass 49 feeds the burner 24.
An orifice 51, located in the duct 48, allows the measurement of the air flow. An opening 52 is provided in the upper part of the shoulder 22. This opening is provided with a register 53. Likewise / the duct 49 has an orifice 54, and a secondary air opening 55 is provided in the upper part of the shoulder 21. This opening. is provided with a register 56, for adjusting the flow of air introduced. in the foyer at that location. A high temperature, radiant superheater 57 is disposed at the upper part of the combustion chamber 19. Between the upper surface of the nose 33 and the roof 17, there is an intermediate temperature, convection superheater 58.
A superheater,
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59, at low temperature, is placed in the rear passage.
These three superheaters are connected in series, with a view to gradually raising the temperature of the steam to be superheated.
Figure 2 shows the arrangement of the burners, the air intake ducts, the fuel piping, and their associated controls. We can also see how they are connected to a main control 61. It should be noted that on the lower surface of the shoulder 22 are arranged three other burners 62, 63 and 64, in,, plus the burner. 25 previously described. Likewise, along the lower surface of the shoulder 21, the burners 65, 66 and 67 are arranged, in addition to the burner 24. While the burner 25 is connected to the main duct 46 by its branch 48, c 'est.une bypass 68 which supplies the burner 62; a bypass 69 is used for the burner 63, and a bypass 71 for the burner 64.
Likewise, the burner 65 is supplied by a bypass 72, the burner 66 by a bypass 73 and the burner 67 by a bypass 74, in the same way that the burner 24 is supplied by a bypass 49. The associated bypasses cies to the burners 62, 63, 64, 65, 66 and 67 have individual orifices, in the same way that the by-pass 48 of the burner 25 is provided with an orifice 51, and the by-pass 49 of the burner 24 has an orifice 54 All of the fuel supply for the fireplace arrives to the steam generator through piping 75, which is provided with a main fuel supply valve 76.
For ease of disclosure, piping 75 is shown as a gas pipe, but it is understood that the fuel may be liquid, or consist of pulverized coal mixed with air.
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After the valve 76, the pipe 75 is divided into two branches 77 and 78. The distribution of the fuel between these two branches is regulated by a register 79, the position of which is controlled by a linear hydraulic servomotor 81 The branch 77 is divided into two branches 82 and 83, and the repair. tition of the fuel at the junction point is determined by a register 84, the position of which is controlled by a hydraulic servomotor 85. Likewise, the branch 82 is divided into two branches 86 and 87, the distribution of the gas between them. being determined by a butterfly 88, the position of which is controlled by a hydraulic servomotor 89.
The bypass 86 is connected to the burner barrel 25, while the bypass! tion 87 is connected to the burner tube 62 ,,
The connection 83 is connected to two branches 91 and 92, the fuel distribution being effected by means of a butterfly valve 93, the position of which is controlled by a servo., Hydraulic motor '94. The bypass 91 is connected to the barrel of the burner 63, and the bypass 92 to the barrel of the burner 64.
The conduit 78 is divided into two branches 95 and
96 and the gas flow is distributed between them by means of a butterfly valve 97, the position of which is determined by a servo motor, hydraulic 98: The connection 96 is, in turn, connected to two branches 99 and 101, the division of the fuel between them being determined by a butterfly valve 102, the adjustment of which is effected by a hydraulic servomotor 103. The bypass
101 is connected to the barrel of the burner 65, while the bypass 99 is connected to the barrel of the burner 24.
The connection. 95 is connected to two branches 104 and 105, and the fuel is distributed between them by means of a butterfly 106, the position of which is determined by a hydraulic servomotor 107. The
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The positions of the hydraulic servomotors 81, 85, 89, 94, 98, 103 and 107, are controlled by means of a series of hydraulic conduits 108 connected to the central control. 61.
The bypass 86 comprises an orifice 109, the opposite sides of which are connected to conduits 111 and 112, arranged so as to transmit the indication of the pressure on either side of the orifice. These pressures give an indication of the flow of fuel through the orifice. It is understood that the flow measurement device is different depending on the fuel used; a calibrated orifice is suitable when the fuel is gas, but a different measuring system can be envisioned for fuel oil or pulverized coal. The other ends @ conduits 111 and 112 are connected to an air-fuel ratio regulator 113, conduits 114 and 115 are also connected on either side of the orifice 51 of the bypass 48.
These latter conduits are connected to the regulator 113 and give it an indication of the flow of air sent to the burner 25. An important part of the regulator 113 consists of an integrator device 116, capable of emitting an output signal in a conduit 117. , in the form of an air pressure representative of the sum of the air pressures in the conduits 111, 112, 114 and 115. The conduits 111, 112 are connected to the totalization device so as to give a result which is the difference from their respective indications. The conduits 114 and 115 are connected in the same way to the totalizer device.
The. net result in duct 117 is an air pressure equal to the ratio of the pressure differences in the two pairs of ducts, i.e. the air-fuel ratio
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Each of the other burners 62, 63, 64, 24, 65, 66 and 67, also comprises, in its own branches for supplying fuel and air, orifices which are connected by corresponding ducts to air ratio regulators. combustible. The burner 62 has a regulator 118 connected ,. by a conduit 119. similar to the conduit 117, to the central control 61. Similarly, the burner 63 comprises a regulator
121, whose outlet duct 122 is connected to the central control.
A regulator 123 and an outlet duct 124 are provided for the burner 64; a regulator 125 and an outlet duct 126 correspond to the burner 24. The burner 65 comprises a regulator 127 connected to the central control by a duct 128; the burner 66 has a regulator 129 and a duct
131 of connection to the central control 61, and finally the burner
67 comprises a regulator 132 with an outlet duct 133.
Ducts 42 and 43, coming from the main venturi. 41 placed on the air inlet, bring a signal indicating the load to a totalizing device 44; this one subtracts one signal from the other and gives an output signal, in a duct 134, proportional to the difference between the two signals. This output signal is therefore proportional to the air flow which circulates in the main duct 39 and it indicates the load of the steam generator. The conduit 134 is connected to a pneumatic servomotor 135 which acts on a rheostat 136 connecting a source 137 of electrical energy to the coil 138 of an electro-hydraulic servo-valve 139.
The inlet of this valve is connected to a source of pressurized hydraulic oil, and its outlet is connected to the opposite ends of a hydraulic servomotor 141. The piston rod of the latter is connected to an operating lever 142 of the valve
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main fuel 76, so as to adjust the position thereof.
FIG. 3 shows the details of the main control 61. The conduits 124, 122 arrive at this control.
119, 117, 126, 128, 131 and 133, coming from the individual air-fuel ratio controllers and indicating the quantities of air and fuel introduced into each corresponding burner. Hydraulic conduits 108 exit from the com-; main control 61. They lead to the various throttle servo motors associated with the fuel inlet. in the burners. All the inlet conduits are first connected to a totalizer 143, which gives an output signal, in a conduit 140. This signal represents the difference in the quantities of fuel admitted from each side of the generator. The conduit 140 is connected to a pneumatic servomotor 144, which acts on a rheostat 145 for the purpose of controlling a solenoid valve 146.
This controls the position of the servomotor 81 and of the throttle 79. The conduits 122 and 124 are also connected to a totalizer device - 147, to give a pneumatic output signal in a conduit 148 connected to a servo. pneumatic motor 149. This servomotor acts on a rheostat 151 which, in turn, controls the valve 152 so as to actuate the hydraulic servomotor 94 and the butterfly valve 93. The conduits 117 and 119 are also connected to a device totalizer 153, the output signal of which is fed through a conduit 154 to a pneumatic servomotor 155.
This acts on a rheostat 156, so as to control a valve 157 and to actuate the hydraulic servomotor 89 and the butterfly 88. The four conduits 117, 119, 122 and 124 are connected to a totalizing device 158 which en- sends an output signal through a conduit 159. This
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results in a pneumatic servomotor 181, which acts on a rheostat 162. The latter controls a valve 163. the outputs of which lead to a hydraulic servomotor 85, which actuates the butterfly 84.
The conduits 126, 128, 131 and 133 are connected to; a totalizer device 164, the outlet of which 165 is connected to a pneumatic servomotor 166. The latter acts on a rheostat 167 for controlling a valve 168, the output of which 108 is connected to the servomotor hydrau -. lique 98 which actuates the butterfly 97. The conduits 126 and 128 are also connected to a totalizer device 169, the outlet conduit 171 of which is connected to a pneumatic servomotor 172. This acts on a rheostat 173. which deter- mine the adjustment of a valve 174, the latter is connected, by the conduits 108, to the hydraulic servomotor 103 which actuates the butterfly 102.
Likewise, the conduits 131 and 133 are also connected to a totalizer device 175 having an outlet conduit 176 connected to a pneumatic servomotor 177. The latter acts on a rheostat 178 and determines an electric current on the coil of the motor. a servo-valve 179. The outlet conduits 108 thereof are connected to the hydraulic servomotor 107 which determines the setting of the throttle 106.
FIG. 4 shows another arrangement of the burners. In this case, the burner shown, designated by the reference 181, is of the constant speed type, described in patent application No. 180,503, to Kuhner, filed March 19, 1962. The main duct 182 is bent upwards, to move towards the burner; it comprises, in its bent part, fixed air direction fins 183. A venturi
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184, from which conduits 185 and 186 originate, is disposed in conduit 182. Burner box 187 is placed inside the conduit; it has a vertical wall 188 which separates part of the air which passes through the duct and obliges it. to penetrate into the burner box 187. In addition, an additional wall 189 is aisposed between laaroi 188 and the wall of the fireplace.
This wall is curved so as to form a horizontal part which divides the burner exactly into two parts. A butterfly 191 is provided between the wall 188 and the wall 189, near their entrance. A similar butterfly 192 exists at the entrance between partition 189 and the wall of the boiler.
In the burner itself, there are upper fins 193, located on the upper side of the partition 189, and lower fins 194 located on the lower side of this partition, the horizontal part of the latter being aligned with the burner barrel 195. The wall of the boiler, immediately above the upper face of the shoulder 196, has an opening 197 formed by bending the tubes backwards and laterally. In this opening is mounted a tubing 198 made of sheet metal. This tubing is equipped with a butterfly 199, for controlling the air which enters the duct into the fireplace, as tertiary air.
The burner can be adjusted to maintain the air velocity around the fuel barrel at an optimum constant value independent of the load.
The operation of the apparatus according to the invention, set out below, will be better understood in the light of the foregoing description. The mixture of air and fuel burns. in the high temperature cell 23 and in the combustion chamber 19, then passes through the elements of the boiler 12 to produce steam. It is overheated in the
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superheaters 59, 58 and 57, before being sent to a tur.
, bine. The air is sent to the steam generator by the venti. forced blowing fan 38, which delivers it into the air heater 36, where it is subjected to heat exchange with the gases leaving the generator. The total air flow in the generator is measured by means of the venturi 41 and transmitted, through the conduits 42 and 43, to the totalizer device 44. The output of this device always indicates the load of the unit, and the The present invention makes it possible to adjust the fuel introduced into the burners as a function of this load and of the air flow. The air which arrives in the main duct 39 is divided, by the butterfly 45, into two parts.
Part of the air is supplied to the rear burners 25, 62, 63 and 64, while the other part is used for the front burners 24, 65, 66 and 67. Each of the burners is supplied by its own bypass, and each of these comprises an orifice making it possible to know exactly the air flow to the burner in question. Likewise, the flow of fuel sent to the barrel of each nozzle is measured separately.
The adjustment of the total fuel flow rate in an exact ratio with the total air, and the division of this fuel in proportion to the air sent to each burner, makes it possible to have an exact air-fuel ratio for each of the burners, as well as an excess') of air determined with precision. The signals emitted by the ventilator 41 are sent to the totalizer device 44, via the conduits 42 and 43. The output of the device in the conduit 134 indicates the total flow of air introduced into the unit. This signal acts, through the air servomotor 135, the rheostat 136, and the servo valve 139, so as to adjust the servomotor 141.
This regulates, at its
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In turn, the feed rate by means of the handle 142 of the valve 76. The total quantity of fuel admitted to the nozzles is in a correct relation with the total quantity of air sent to the burners, at the same instant. The problem is then to divide the fuel, towards the different burners, so that each burner receives a quantity of fuel in predetermined proportion with the quantity of air directed towards this burner. This individual adjustment is necessary because of the difficulty of dividing the air into exact proportions.
Regardless of the care taken in the design of the ducts and the operation of the air control valves, the air flow will vary considerably from burner to burner, particularly from load to load. Under these conditions, if the present invention is not used, and an attempt is made to reduce the total amount of air so as to have a small excess, it is very likely that some burners will receive more than the excess of air. air that we want to respect, while others will not have enough air. The risks of such a situation are ignition failure, explosions, instability and other dangerous conditions.
The fuel, which arrives through the main piping 75 and the valve 76, is set to the value exactly equal to the total desired for all the burners. The fuel is then divided into two parts by the butterfly 79; one part is directed into the branch 77 and the other part into the branch 78. This division is made in the desired proportions thanks to the totalizer device 143, which receives the air and fuel signals to the set of burners. rear, and the air and fuel signals to all the front burners.
Device 143
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compares these signals and determines if the proportion of fuel between the front and rear burners is correct If; it is not correct, it acts on the distribution throttle until the correct distribution is obtained. Likewise, the total fuel directed to the rear burners is divided, by the throttle 84, between the bypass 82 feeding the burners 25 and 62 and the bypass 83 feeding the burners 63 and 64. Of course, the fuel in line 82 is divided, by butterfly 88, between nozzles 25 and 62, while the fuel which passes through line 83 is divided, by butterfly 93, between nozzles 63 and 64.
The same provision applies to the front burners. The fuel directed into the bypass 78 to feed the front burners is divided into two parts by the butterfly 97. One part goes into the bypass 96, where it. is distributed, by the butterfly 102, between the burners 24 and
65. The other part goes into bypass 95 and is divided, by the butterfly 106, to feed the burners.
66 and 67. It can therefore be seen that the fuel which ends up at each burner is regulated with precision by the butterflies situated upstream.
The fuel which ends up at the burner 25 passes through the orifice 109; an indication of the quantity of fuel is sent, via the conduits 111 and 112, to the device 113, in which the difference in the indications acts to modulate the air pressure in the outlet conduit
117. At the same time, the air which ends at the burner 25 passes through the orifice 51. An indication of the quantity of air thus sent to the burner is transmitted, via the conduits 114 and 115, to the device 113. , so that the difference between these two signals acts to modulate the pressure
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in the conduit 117. Each of the devices 113, 118, 121, 123, 125, 127, 129 and 132 is connected to the main control 61 by a conduit.
Each of these pipes contains an air pressure which represents the air-fuel ratio of the burner considered. These pressures are associated in different ways in the main control 61. For example, the signals; rear burners 25, 62, 63 and 64 pass into the main control, through conduits 124, 122, 119 and 117, respectively, and are fed to the totalizer 143. The signals from the front burners 24, 65, 66 and 67, arrive at the main drive through conduits 126, 128, 131, 133, respectively, and they are also fed to the totalizer 143. The signals from the front burners are connected to one side of the diaphragms of the totalizer, while those of the rear burners are admitted on the other side of these diaphragms.
The net result is that the output signal from device 143, which appears in conduit 144, represents the difference between fuel and air arriving at the rear burners and those arriving at the front burners. This difference is transmitted, through the air servomotor 144 and the rheostat 145, for the control of the valve 145.
This operates the hydraulic servomotor 81 and adjusts the throttle 79 so as to distribute the fuel between the front burners and the rear burners. When the fuel has been so divided, it is again subdivided between the front wall and rear wall burner groups, and again between the individual burners in each group. In each case, this is done by means of a totalizer device which receives the pneumatic air-fuel ratio signal from each burner. It follows that the air report-. ,
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fuel from each burner. is controlled with a lot. , ,, of precision.
It is possible to set the excess air, which passes through the burners, to a very low value, the air and fuel entering the high temperature cell 23 and mixing completely. The use of precise control of the air-fuel ratio, constant speed type burners, and a high temperature cell, ensure good ignition, so that excess air can be reduced to a minimum. very low value without danger of ignition fault. Even if the air-fuel ratio to a burner par.
This is compensated for by the fact that the actual speed of the air through the burner is at the optimum value, as well as by the complete mixing that the air and the fuel undergo in the high temperature cell. In addition, the high temperature in the cell promotes the ignition and combustion of mixtures which would be unsuitable for conventional stoves. In some,,; In this case, it may be desirable and necessary to introduce part of the air into the gas stream, to complete the combustion. This can be achieved by means of the air openings, 52 and 55, located above the high temperature cell.
-and regulated by butterflies 53 and 56.
In the case of the burner 181 shown in FIG. 4, the air flow sent to the burner in question is measured in the venturi 184. The pressures measured at points spaced apart from the venturi are transmitted via the conduits 185 and 186 and give an indication of the amount of air entering the unit. The air is divided by the butterflies, 191 and 192, passes into the lower parts
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and lower part of the burner, and passes through the upper fins
193 and the lower fins 194, respectively.
In this way it is possible to have a mixture, with a small amount of air, in the lower part of the burner, and a mixture, with a large amount of air, in the upper part of the burner. In addition, secondary air can be added above the flame, through the opening 197, the butterfly 199 'making it possible to adjust the air flow which passes through the tubing.
198.
It is certain that the combustion of a fuel with a quantity of air close to the theoretical value is very interesting for a boiler owner, but that it also presents difficulties when using equipment according to the prior art. This mode of operation improves heat transfer rates by reducing losses to the chimney. In addition, when fuel oil is burned with a minimum of excess air, it appears that dirt is removed from the heating surfaces. The formation of SO3 is also reduced, which almost completely eliminates condensation corrosion in air heaters. The virtual absence of excess oxygen in the effluent gases makes it possible to lower the temperature of the latter below the values usually practiced until now.
This is possible even with fuels with a high sulfur content. Normal operation with an amount of combustion air close to theory requires very precise control of the air-fuel ratio for each burner. Another factor concerns the effect of a minimum excess air on the chemical composition of the exhaust gases. Some experimental work shows that it is necessary to introduce air above the flame to
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minimize nitric oxide in the fumes.
The use of a row of air openings above the burner, through which a regulated quantity of tertiary air enters the combustion chamber, makes it possible to increase the oxygen content of the fumes, t which has the effect of to lower their oxide concentration,. nitric. The distribution of the air flow sent to each nozzle, between the upper half and the lower half of the air openings separated by adjustable butterflies, makes it possible to increase or decrease the flow of air above or above. below the burners. Air is thus directed into the fuel with the most advantageous distribution.
When a fuel is burned with an excess of air reduced to a minimum, it is of course important that the parts of the fuel liable to burn and the oxygen in the air meet each other very quickly. It is also important that no fraction of the combustion air escapes through the fireplace without participating in the combustion. It should be noted that with the present construction, with the type of fireplace shown. Seen in Figure 1, the front wall burners are arranged in a single horizontal row. This makes it possible to bring a single duct to each burner, in a simple and inexpensive way, so that the air distribution, even before the individual adjustment of the burners, is quite regular.
The use of a controlled flame burner and controlled speed allows to maintain through the burner, at low load, higher speeds than with conventional burners. A small excess of air can thus be used at lower loads than has been possible heretofore.
'In conclusion, we see that the possibility of using a small excess of air, that is to say of the order of 0 to 5%,
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allows to obtain a better efficiency of the installation, since the excess air absorbs heat and carries it out of the boiler. On the other hand, less venadium pentoxide is formed and the surfaces are therefore cleaner. Less S03 is also formed, and corrosion of the air heater is consequently reduced. There is less condensation at the cold end and therefore less corrosion of the air heater.
In addition, this mode of operation makes it possible to lower the final temperature of the exhaust gases, without risking the formation of corrosive products in the air heater, even with fuels having a high sulfur content; fre. When tertiary air is used, less NO2 is formed and therefore less risk of fog. The present arrangement is particularly favorable to regular operation with a small excess of air, since each burner has its own air duct, this being made possible by the use of a single horizon row. - burner level and a high temperature cell.
The present construction of the hearth, with a high temperature cell, 'is less demanding for the exact maintenance of the theoretical-air-fuel ratio, because the mixing and the high temperature in the lower cell favor ignition. - rapid age and complete combustion. It is also possible to control the steam temperature, by adjusting the excess air, between zero and a practical maximum.
It is understood that changes in 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 embodiments represented and described above.