Générateur de vapeur. I1 a été reconnu que les générateurs de vapeur utilisent mieux la chaleur de combus tion du combustible lorsque les surfaces qui transmettent la chaleur à l'eau reçoivent cette chaleur par rayonnement plutôt que par convection et l'introduction de tubes d'eau clans la chambre du foyer, dans une posi tion où ils sont exposés à la chaleur qui y rayonne, a été proposée, en partie dans ce but et en partie en vue de mettre les parois du foyer à l'abri des détériorations.
Un pas de plus dans la voie de l'utilisation dei la cha leur rayonnante a été fait lorsqu'on a cons titué les parois verticales de la chambre du foyer de tubes d'eau ou d'organes équiva lents placés suffisamment près l'un de l'au tre pour enfermer effectivement l'espace où se fait la, combustion ou pour décharger en tous cas toute paroi de délimitation exis- tante de la fonction d'une paroi de foyer.
La disposition de corps cylindriques appro priés pour l'eau et la vapeur suffit dans ce cas pour compléter le générateur et l'on obtient une construction de dimensions beau coup plus petites qu'il n'est possible de l'ob- tenir lorsque les tubes d'eau principaux sont dans un carneau montant superposé à la chambre de combustion. Cette construction peut être appelée une chaudière en forme de foyer.
Elle présente toutefois un sérieux incon vénient consistant en ce que l'effet de re froidissement des surfaces auxquelles la cha leur est transmise par rayonnement est tel lement grand due la flamme du combustible allumé peut s'éteindre, de sorte que la com bustion continue est difficile à réaliser. Le chauffage préalable de l'air pour la combus tion permet de surmonter cette difficulté dans une certaine mesure, mais les procédés habituellement utilisés pour brûler un com bustible gazeux, liquide ou pulvérisé et con sistant à produire une nappe de flamme des tinée à s'étendre d'un bout à l'autre de la chambre peuvent être inéfficaces même avec de l'air chauffé au préalable.
La température obtenue avec de l'air préalablement chauffé est en outre telle que les gaz de combustion quittent la chambre de combustion à une température très @éle- vée, inconvénient qui a son importance quelle que soit la nature du combustible utilisé, mais particulièrement lorsque du combustible pulvérisé est brûlé en suspension.- Dans ce cas en effet, une forte proportion des cendres quitte la, chambre avec les gaz de combus tion à une température voisine de leur point de fusion et dans cet état elles adhèrent fa cilement aux parois de toutes chambres dans lesquelles les gaz peuvent passer ou de tout surchauffeur placé sur le trajet des gaz.
Le but de la présente invention est de brûler un combustible dans la chaudière en forme de foyer de manière à produire une énergie rayonnante maxima à l'intérieur de la chambre de combustion et à assurer la continuité de la combustion.
Suivant la présente invention, on conduit le fonctionnement d'une chaudière en forme de foyer de telle manière qu'un mélange tur bulent de combustible et d'air se produit autant que possible dans l'axe de la cham bre, de façon à localiser la combustion en cet endroit et à assurer sa continuité.
Ce but est obtenu par un procédé per mettant de localiser la combustion, et de préférence par le procédé suivant lequel le combustible et l'air sont introduits dans l'espace de combustion, en deux ou plusieurs endroits, sous forme de courants ayant une vitesse et une direction telles qu'ils se heur tent et se mélangent rapidement. Chaque courant est dirigé plus ou moins tangen tiellement à un cercle. Il se produit ainsi dans une certaine mesure un mouvement de tourbillonnement de l'air et du combustible qui assure un mélange et une combustion rapides.
Dans les dessins annexés, donnés à titre d'exemple: La fig. 1 est une coupe verticale dans une chaudière en forme de foyer, construite conformément à la présente invention; La fig. 2 est une coupe semblable par la ligne 2-2 de la fig. 1; La fig. 3 est une coupe horizontale par 1-P ligne 3-3 de la fig. l; La. fïg. 1 est une coupe semblable par la ligne 4-4 de la fig. 5;
La fig. 5 est une coupe verticale d'uni variante de la. chaudière représentée à la. fig. 1; La fig, 6 et une coupe verticale par la ligne 5-5 de la fig. 5; La, fig. "t est une coupe partielle mon trant une autre variante; La fig. 8 est une coupe partiell mon trant une variante du mode d'amenée du combustible dans le foyer; Les fi-. 9 et 10 sont des vues montrant la flamme produite par la disposition repré sentée aux fig. 5 et 6.
Dans l'exemple des fig. i., 2 et. 3, l'espace de combustion A est délimité sur ses quatre faces latérales verticales par quatre séries d@, tubes verticaux 7, 8, 9 et 10.
L'extrémité supérieure de l'espace de com bustion est délimitée par les tubes 11 et la partie inférieure de l'espace de combustion est délimitée par les tubes 13.
Des tubes 7 entrent à leur extrémité su périeure dans le corps cylindrique 11 et à leur extrémité inférieure clans le corps cy lindrique 15. Des tubes 9 pénètrent à leur extrémité inférieure dans le corps cylindrique 16 et à leur extrémité inférieure dans le corps cylindrique 1?. Des tubes 13 sont inclinés sur l'horizontale et à leur extrémité supérieure ils entrent clans le corps cylindrique 17, tandis qu'à leur extrémité inférieure ils pénètrent dans le corps cylindrique 15. Des tubes 11 sont inclinés de même sur l'horizontale et ils entrent à leur extrémité supérieure dans le corps cylindrique 16 et à. leur extrémité inférieure dans le corps cylindrique 14.
Des tubes verticaux 8 sont reliés à leur extrémité inférieure à, un collecteur 19 par tant du corps cylindrique 15 et à leur ex trémité supérieure à, un collecteur 20 partant du corps cylindrique 16. Des tubes 10 sont reliés de même à, leur extrémité inférieure à, un collecteur 21, et à leur extrémité supé rieure à un collecteur 22, ces collecteurs partant respectivement des corps cylindriques 15 et 16, On voit que cette - disposition des tubes 8 et 10 avec leurs collecteurs respec- lifs assure une liaison entre les corps cylin driques 15, 16 diagonalement opposés,
de façon qu'il n'y ait qu'une seule direction générale de circulation de fluide du corps cylindrique inférieur au corps cylindrique supérieur et que la longueur de ce passage soit la même, quel que soit le tube dans lequel passe le fluide.
Comme le montre la fig. 3, chacun des tubes des séries 7, 8, 9 et 10 possède sur les côtés opposés des ailettes 23, de sorte que lorsque les tubes sont assemblés, les ailet tes se recouvrent, ce qui forme une chambre sensiblement étanche aux gaz, qui est toute fois rendue complètement fermée sur ses quatre côtés latéraux et au sommet au moyen d'une matière isolante 24 et d'une enveloppe 25 qui peuvent toutes deux être de construction très légère car elles ne doivent pas résister à une température sensiblement plus élevée que celle de l'eau clans les tubes. Si on le pré fère, les ailettes peuvent se toucher.
Dans l'un et l'autre cas, elles empêchent les cen dres de s'accumuler entre les tubes, ce qui pourrait se produire si une maçonnerie d'une espèce quelconque était exposée entre les tubes.
a La chambre ainsi formée est ouverte à sa partie inférieure \et communique avec un cendrier 26 situé près d'un tunnel à cen dres 27. Ce cendrier peut contenir des chi canes non représentées au dessin, propres à obliger les gaz ù changer le sens de leur circulation et à laisser déposer ainsi les cen dres qu'ils tiennent en suspension.
Le corps cylindrique 16 est relié par cha que extrémité à l'extrémité correspondante du corps cylindrique 15 par des tuyaux 28 qui se trouvent en dehors de la chambre de combustion et constituent les tubes descen dants du système circulatoire. Ils sont en nombre tel et de dimensions telles qu'ils n'en travent pas la circulation extrêmement ra pide dans la chaudière.
Les tubes 13 sont des tubes montants allant du corps cylindrique 15 au corps cy lindrique 17. Les tubes 7 et 9 sont les tubes .montants allant respectivement des corps cy lindriques 15 et 17 aux corps cylindriques 14 et 16, et les tubes 8 et 10 sont des tubes montants allant respectivement du collec teur 19 au collecteur 20 et du collecteur 21 au collecteur 22.
Le corps 16 est un corps cylindrique combiné à vapeur et à eau.
La circulation se fait du corps cylin drique 16 au corps cylindrique 15 et de là de bas en haut par tous les tubes 7, 8, 9, 10, 13 et 11 pour revenir au corps cylindrique 16.
Le corps cylindrique 16 est suspendu à la charpente en acier 30, et cette suspension, jointe au fait que les tubes 7, 9 et 13 sont recourbés et que les tubes 8 et 10 sont re liés à des collecteurs, permet à la chaudière de se dilater et se contracter sans que ses parties subissent des efforts excessifs.
Pour l'introduction du combustible, on a prévu en chacun des quatre angles verti caux de l'espace de combustion et à un ni veau situé un peu en dessous de celui du corps cylindrique 14, des brûleurs 31 cons truits de façon à envoyer dans la chambre des minces nappes de combustible, serrées en tre deux nappes d'air, dans des plans sen siblement verticaux.
Des espaces appropriés sont laissés entre les tubes, clans les angles, pour loger ces brûleurs. La direction dans laquelle le com bustible et l'air se meuvent dans ces brûleurs est celle indiquée à la fig. 3.<B>En</B> d'autres termes, les directions sont sensiblement tan gentielles au cercle indiqué au centre de la chambre; il en résulte que lorsque les cou rants de combustible se rencontrent, il se produit un tourbillon dont l'axe est paral lèle à la ligne de tirage. Le combustible est introduit à grande vitesse, de préférence avec un jet d'air servant de véhicule, au moyen d'un mécanisme d'alimentation réglable de forme usuelle, analogue à celui qui est repré sentée à la fig. 5.
La partie principale de l'air nécessaire pour la combustion est fournie à haute tem pérature autour des courants de combus- tible, de préférence par aspiration. L'air <B>.</B> ainsi fourni n'est pas refroidi par -un pas- s >age sur des tubes d'eau avant d'entrer dans le foyer.
Par l'effet de ce mode d'introduction du combustible, la combustion est amorcée ra pidement et complètée en un temps très court, la flamme étant courte, concentrée et d'une chaleur intense. La proportion d'air admise pour la combustion est de préférence voisine de la quantité théorique.
Les gaz de combustion quittent la cham bre en passant entre les tubes 13 qui ont une température telle qu'ils refroidissent les <B>1</B><U>Ya</U> ffi,,#ammeiii- pour empêcher la fusion _# <B>z su</B> des cendres qui vont dans le cendrier, mais pas à une température beaucoup plus basse, de sorte que les gaz peuvent surchauffer la vapeur qui s'écoule par le tuyau 38 du corps cylindrique 16 clans le surchauffeur 37 placé dans le carneau montant 32, les gaz passant sur ce surchauffeur.
Après avoir quitté le surchauffeur, les gaz qui ont encore une température élevée, passent dans le r.écupé- rteur 35' consistant en une caisse subdivi sée par de minces cloisons métalliques en compartiments 33 et 34 (fig. 3). Les gaz chauds passent par les compartiments 33, tandis que de l'air est aspiré par les com partiments 3.1 dans. le passage 35 qui pos sède des branchements 36 aboutissant aux brûleurs. Des registres 36a règlent l'arrivée d'air et un registre, non représenté, est placé dans le carneau de départ au-dessus du ré- eupérateur.
On remarquera à la fig. 2 que les rangées de tubes 13 comportent cles espacements dif- fé rems, les tubes de la première et de la se conde rangées étant largement espacés, tan dis due ceux des rangées inférieures sont plus rapprochés, une disposition alternée étant toujours observée. Cette disposition rétrécit le passage pour les gaz de combus tion en concordance avec la. contraction de volume que subissent ces derniers par suite de l'absorption de leur chaleur.
Dans la forme de réalisation représentée aux fig. .l, 5 et 6, le tirage se fait (le bas en haut au lieu de se faire de haut: en bas. La construction générale est la, même due celle décrite précédemment, mais le carneau de départ se trouve au-dessus de l'espace de combustion, ce qui nécessite un espacement convenable des tubes 11.
Le récupérateur 35' (fig. 5 et 6) est divis,@ et ses parties sont espacées de façon à nLénager le carneau 30 commandé par le re@@istre 40. L@, nombre des tubes 13 situés au-de"us du cendrier ?6 peut être réduit dans cette forme de réalisation car leur seule fonction est de refroidir la partie des cendres qui tombe entre eux.
Conformément à la direction du tirage, le combustible est admis par deux côtés op posés en lames minces espacées, dans une direction inclinée vers le bas, par la série de brûleurs dl, produisant des flammes qui se " rencontrent de la manière indiquée à la fig. 10.
Le mode d'alimentation en combustible représenté à la fig. 8 est sensiblement le même sauf que les lames de combustible sont envoyées à -peu près horizontalement et à- un niveau plus bas dans la chambre.
Dans la construction représentée à. la fig. 7, il y a. un cinquième corps cylindrique 18 qui sert de corps cylindrique à, vapeur. Il est relié au corps cylindrique 16 par (les tubes 12 et au corps cylindrique 1-1 par les courts tubes 12'.
Les formes de construction représentE#es présentent cet a.vantagfl que chaque paroi latérale peut se dilater par rapport à cha cune des aul'res avec une parfaite liberté et que le dessus et<B>Je</B> dessous de la. chaudière peuvent également se dilater sans provoquer des tensions.
Bien qu'une seule rangée de tubes d'eau soit en général suffisante pour chaque paroi verticale de la chambre du foyer, on peut employer deux ou plusierrr;s rangées de tubes de préférence en quinconce.
Steam generator. It has been recognized that steam generators make better use of the heat of combustion of the fuel when the surfaces which transmit heat to the water receive this heat by radiation rather than by convection and the introduction of water tubes into the chamber. of the hearth, in a position where they are exposed to the heat radiating therein, has been proposed, partly for this purpose and partly to protect the walls of the hearth from damage.
A further step in the way of using radiant heat was taken when the vertical walls of the hearth chamber were made up of tubes of water or equivalent members placed sufficiently close to one another. the other to effectively enclose the space where combustion takes place or in any case to discharge any existing delimiting wall of the function of a hearth wall.
The arrangement of cylindrical bodies suitable for water and steam is sufficient in this case to complete the generator and a construction of much smaller dimensions is obtained than is possible when the main water tubes are in a rising flue superimposed on the combustion chamber. This construction can be called a hearth-shaped boiler.
However, it has a serious drawback consisting in that the cooling effect of the surfaces to which the heat is transmitted by radiation is so great due to the flame of the ignited fuel may go out, so that the continuous combustion is difficult to achieve. Preheating the air for combustion overcomes this difficulty to some extent, but the methods customarily used for burning a gaseous, liquid or pulverized fuel and consisting in producing a sheet of flame from the sides. spreading across the chamber can be inefficient even with pre-heated air.
The temperature obtained with preheated air is also such that the combustion gases leave the combustion chamber at a very high temperature, a disadvantage which is important whatever the nature of the fuel used, but particularly when pulverized fuel is burnt in suspension - In this case, a large proportion of the ash leaves the chamber with the combustion gases at a temperature close to their melting point and in this state they adhere easily to the walls of the any chambers through which the gases can pass or any superheater placed in the path of the gases.
The object of the present invention is to burn fuel in the hearth-shaped boiler so as to produce maximum radiant energy inside the combustion chamber and to ensure the continuity of combustion.
According to the present invention, the operation of a furnace in the form of a hearth is carried out in such a way that a turbulent mixture of fuel and air occurs as far as possible in the axis of the chamber, so as to locate combustion in this place and to ensure its continuity.
This object is achieved by a process for locating the combustion, and preferably by the process whereby fuel and air are introduced into the combustion space, at two or more places, in the form of streams having a velocity. and a direction such that they collide and mix quickly. Each current is directed more or less tangentially to a circle. There is thus to some extent a swirling movement of the air and fuel which ensures rapid mixing and combustion.
In the accompanying drawings, given by way of example: FIG. 1 is a vertical section through a hearth-shaped boiler constructed in accordance with the present invention; Fig. 2 is a similar section taken on line 2-2 of FIG. 1; Fig. 3 is a horizontal section through 1-P line 3-3 of FIG. l; The. Fig. 1 is a similar section taken on line 4-4 of FIG. 5;
Fig. 5 is a vertical section of a uni variant of the. boiler shown in. fig. 1; Fig, 6 and a vertical section through line 5-5 of fig. 5; The, fig. "t is a partial cross-section showing another variant; Fig. 8 is a partial cross-section showing a variant of the mode of supplying fuel to the hearth; Figures 9 and 10 are views showing the flame produced by the arrangement shown in Figures 5 and 6.
In the example of fig. i., 2 and. 3, the combustion space A is delimited on its four vertical side faces by four series d @, vertical tubes 7, 8, 9 and 10.
The upper end of the combustion space is delimited by the tubes 11 and the lower part of the combustion space is delimited by the tubes 13.
Tubes 7 enter at their upper end into the cylindrical body 11 and at their lower end clans the cylindrical body 15. Tubes 9 enter at their lower end into the cylindrical body 16 and at their lower end into the cylindrical body 1? . Tubes 13 are inclined to the horizontal and at their upper end they enter the cylindrical body 17, while at their lower end they enter the cylindrical body 15. Tubes 11 are inclined likewise on the horizontal and they enter at their upper end into the cylindrical body 16 and. their lower end in the cylindrical body 14.
Vertical tubes 8 are connected at their lower end to a collector 19 via both the cylindrical body 15 and at their upper end to a collector 20 starting from the cylindrical body 16. Tubes 10 are likewise connected to their lower end. to, a collector 21, and at their upper end to a collector 22, these collectors starting respectively from the cylindrical bodies 15 and 16, It can be seen that this arrangement of the tubes 8 and 10 with their respective collectors ensures a connection between the cylindrical bodies 15, 16 diagonally opposed,
so that there is only one general direction of fluid circulation from the lower cylindrical body to the upper cylindrical body and the length of this passage is the same, regardless of the tube through which the fluid passes.
As shown in fig. 3, each of the tubes of series 7, 8, 9 and 10 has on opposite sides fins 23, so that when the tubes are assembled the fins overlap, which forms a substantially gas-tight chamber, which is however made completely closed on its four lateral sides and at the top by means of an insulating material 24 and a casing 25 which can both be of very light construction as they do not have to withstand a temperature significantly higher than that. water in the tubes. If preferred, the fins can touch each other.
In either case, they prevent ash from accumulating between the tubes, which could occur if masonry of any kind were exposed between the tubes.
a The chamber thus formed is open at its lower part \ and communicates with an ashtray 26 located near an ash tunnel 27. This ashtray may contain bits not shown in the drawing, suitable for forcing the gases to change the direction of their circulation and thus leave the ashes they hold in suspension to deposit.
The cylindrical body 16 is connected by each end to the corresponding end of the cylindrical body 15 by pipes 28 which are located outside the combustion chamber and constitute the down tubes of the circulatory system. They are so numerous and of such dimensions that they do not cross the extremely rapid circulation in the boiler.
The tubes 13 are upright tubes going from the cylindrical body 15 to the cylindrical body 17. The tubes 7 and 9 are the upright tubes respectively going from the cylindrical bodies 15 and 17 to the cylindrical bodies 14 and 16, and the tubes 8 and 10 are rising tubes respectively going from collector 19 to collector 20 and from collector 21 to collector 22.
The body 16 is a cylindrical body combined with steam and water.
The circulation goes from the cylindrical body 16 to the cylindrical body 15 and from there from the bottom up through all the tubes 7, 8, 9, 10, 13 and 11 to return to the cylindrical body 16.
The cylindrical body 16 is suspended from the steel frame 30, and this suspension, together with the fact that the tubes 7, 9 and 13 are bent and that the tubes 8 and 10 are connected to the collectors, allows the boiler to stand. expand and contract without its parts being subjected to excessive strain.
For the introduction of the fuel, there are provided at each of the four vertical angles of the combustion space and at a level situated a little below that of the cylindrical body 14, burners 31 constructed so as to send into the chamber of thin layers of fuel, squeezed into two layers of air, in substantially vertical planes.
Appropriate spaces are left between the tubes, at the corners, to accommodate these burners. The direction in which the fuel and air move in these burners is that shown in fig. 3. <B> In </B> other words, the directions are appreciably tangential to the circle indicated in the center of the chamber; as a result, when the fuel currents meet, a vortex occurs, the axis of which is parallel to the draw line. The fuel is introduced at high speed, preferably with an air jet serving as a vehicle, by means of an adjustable feed mechanism of customary shape, similar to that shown in FIG. 5.
The main part of the air required for combustion is supplied at high temperature around the fuel streams, preferably by suction. The air <B>. </B> thus supplied is not cooled by -passing> water tubes before entering the fireplace.
By the effect of this method of introducing the fuel, the combustion is started quickly and completed in a very short time, the flame being short, concentrated and of intense heat. The proportion of air admitted for combustion is preferably close to the theoretical quantity.
The combustion gases leave the chamber passing between the tubes 13 which have a temperature such that they cool the <B>1</B> <U> Ya </U> ffi ,, # ammeiii- to prevent melting _ # <B> z su </B> ashes that go into the ashtray, but not at a much lower temperature, so that the gases can overheat the steam that flows through the pipe 38 of the cylindrical body 16 clans the superheater 37 placed in the rising flue 32, the gases passing over this superheater.
After leaving the superheater, the gases, which still have a high temperature, pass into the recuperator 35 'consisting of a box subdivided by thin metal partitions into compartments 33 and 34 (Fig. 3). The hot gases pass through compartments 33, while air is drawn in through compartments 3.1 in. the passage 35 which has connections 36 leading to the burners. Dampers 36a regulate the air supply and a damper, not shown, is placed in the outlet flue above the collector.
It will be noted in fig. 2 that the rows of tubes 13 have different spacings, the tubes of the first and of the second rows being widely spaced, whereas those of the lower rows are closer together, an alternating arrangement always being observed. This arrangement narrows the passage for the combustion gases in accordance with the. contraction of volume which the latter undergo as a result of the absorption of their heat.
In the embodiment shown in FIGS. .l, 5 and 6, the draw is done (bottom up instead of top: bottom. The general construction is the same, even due to that described previously, but the starting flue is located above combustion space, which requires adequate spacing of the tubes 11.
The recuperator 35 '(fig. 5 and 6) is divided, @ and its parts are spaced so as to accommodate the flue 30 controlled by the re @@ istre 40. L @, number of the tubes 13 located above the us of the ashtray 6 can be reduced in this embodiment because their only function is to cool the part of the ash which falls between them.
In accordance with the direction of the draft, the fuel is admitted from two opposite sides laid in thin blades spaced apart, in a downward sloping direction, through the series of burners d1, producing flames which meet as shown in fig. . 10.
The fuel supply mode shown in fig. 8 is substantially the same except that the fuel blades are sent roughly horizontally and at a lower level into the chamber.
In the construction shown at. fig. 7, there is. a fifth cylindrical body 18 which serves as a cylindrical body for steam. It is connected to the cylindrical body 16 by (the tubes 12 and to the cylindrical body 1-1 by the short tubes 12 '.
The construction forms shown present this advantage that each side wall can expand with respect to each of the other with perfect freedom and that the top and <B> I </B> below the. boiler can also expand without causing stress.
Although a single row of water tubes is generally sufficient for each vertical wall of the firebox, two or more rows of tubes can be employed, preferably staggered.