Générateur de vapeur. L'invention a pour objet un générateur d3 vapeur, constitué par des éléments vapo- risateurs, un séparateur, un économiseur, un surchauffeur et un réchauffeur d'air, carac térisé en ce qu'il comporte trois chambres distinctes en série, dans lesquelles circulent les gaz chauds,
-dont les parois sont tapissées de tubes vaporisateurs longs et de petit dia mètre, la première constituant la chambre de combustion, la chambre intermédiaire com portant, outre ses parois tapissées de tubes, un écran en tubes vaporisateurs, la troisième contenant, placés sur la circulation des gaz, le surchauffeur, l'économiseur et le réchauf feur d'air.
Certasnes formes d'exécution du généra teur, objet de l'invention, présentent de pré férence les particularités supplémentaires qui sont énumérées dans ce qui ,suit.
Les éléments vaporisateurs peuvent être constitués par deux tubes alimentés en pa rallèle, chaque tube étant courbé en éléments horizontaux superposés, les éléments d'un tube alternant avanta.geuu,ement avec ceux de l'autre pour constituer ainsi des surfaces continues d'absorption de chaleur.
Les éléments ainsi superposés peuvent être jointifs -et il en sera par exemple ainsi pour une paroi et l'écran de la chambre in- termédiaire. Four une partie de ladite cham bre, les parois pourront -être avantageusement constituées par des éléments superposés d'un même tube.
Dans les formes d'exécution préférées, on introduit le liquide ,à une extrémité .de ces tubes et on recueille le mélange d'eau et de vapeur ià l'autre extrémité;
l'eau et la va peur sont alors séparées, la vapeur saturée passe ,dans le surchauffeur, tandis que l'eau en excès peut être évacuée après récupéra tion de la chaleur, ou partiellement remise en circulation avec une certaine quantité d'eau supplémentaire.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du généra teur faisant l'objet de l'invention.
La fig. 1 en est une coupe verticale sché matique montrant les passages des gaz chauds et la circulation du fluide; La fig. la est une vue schématique en coupe verticale, montrant la combinaison de la chambre de combustion, de la chambre in- termédiaire et de la chambre de convection;
La fig. 2 est une coupe verticale de ladite forme d'exécution; La fig. 3 est une coupe verticale suivant la ligne 3-3 de la fig. 2; La fig. 4 est une vue analogue à la fig. 3.
suivant la ligne 4-4 de la fig. 2; La fig. 5 est une coupe transversale sui vant la ligne 5-5 de la fi.g. 2; La fig. 6 est une vue en plan; La fig. 7 est une vue partielle en coupe suivant la ligne 7-7 de la fig. 2;
La fig. 8 est une vue perspective de la disposition d'une partie des deux tubes de petit diamètre et de grande longueur qui constituent la surface d'absorption -de la cha leur, et dans lesquels passe le fluide.
Le générateur de vapeur représenté, comme il ressort clairement des figures sché matiques 1 et la. comprend trois parties dis tinctes, à savoir:
une chambre de combustion A, une chambre contenant des faisceaux de tubes ou chambre de convection C, et une chambre intermédiaire B de passage de gaz.
La chambre intermédiaire B présente une ouverture d'entrée E par laquelle elle communique avec la chambre A et une ou- verture de sortie F allant à la chambre de convection C, ces ouvertures étant directe- ment opposées l'une à l'autre,
mais séparées l'une de l'autre par un écran formant cloison refroidie G s'étendant vers le haut à partir du sol de la chambre, et qui, étant maintenue à. une température relativement basse par sa surface absorbante de la chaleur, n'a pas de radiation propre.
Las parois de la. chambre intermédiaire B, de même que la cloison séparatrice G sont des surfaces absorbant la chaleur, telles que représentées à la fig. 8.
Les tubes vaporisateurs 1 et 2, de faible diamètre et de grande longueur, dans les- quels passe le fluide, constituent cette sur face absorbant la chaleur et reçoivent le liquide par des résistances que l'on trouve décrites dans les brevets antérieurs au nom du même inventeur,
déposés respectivement le 8 décembre 1936, Nc 193429 pour: ,,Gé- nérateur à circulation forcée", et le 15 dé cembre 1M6, Ne 194841 pour: "Générateur à circulation forcée".
Le tube 1 suit le sol du générateur d'avant en arrière dans les trois chambres en formant des boucles jointives, traverse la chambre intermédiaire pour constituer la partie :
inférieure -de la cloison G, puis s'élève dans la chambre de combustion A jusqu'à un niveau situé au-dessus de l'ouverture in férieure E faisant communiquer la chambre de combustion A et la chambre intermédiaire B;
à partir de ce niveau, il continue à s'éle ver vers le haut en hélice jusqu'au niveau de la partie supérieure de la chambre inter- médiaire B; de<B>là,</B> il va transversalement vers l'avant et vers l'arrière, de façon à for mer des boucles horizontales pour constituer la sufaoe absorbant la chaleur formant un plafond de cette chambre intermédiaire B,
puis il retourne de nouveau à la chambre de combustion A où il s'enroule en, hélices et se termine en spirales pour former une buse D au centre de laquelle se place le brûleur, comme ,indiqué,
par lequel arrive un com- bustible finement divisé tel qu'huile ou char bon pulvérisé.
La partie supérieure du conduit 1 arrive dans un séparateur 3 de vapeur et d'eau, ce séparateur ayant une soupape de sûreté 4 et un trou d'homme 5. Le séparateur est décrit de façon complète darse' les brevets cités plus haut.
Le second tube vaporisateur ? du fluide s'enroule d'abord sur la paroi interne de la chambre intermédiaire B, traverse ensuite ladite chambre B pour former une partie de la cloison refroidie G comme le fait le con- duit 1 dans la partie inférieure de cette cloison,
puis forme différentes boucles héli- coïdales autour de la chambre de combustion À jusqu'au niveau supérieur -des ouvertures d'entrée et de sortie de la chambre intermé diaire B où il commence alors un trajet sinueux en forme de "huit", de façon à pré senter alternativement des portions sensible ment horizontales, concourant avec le tube 1 à. la formation :
de la paroi H séparant la cham bre de combustion de la chambre intermé diaire. Les parties centrales. -des "huit" cons tituent -des portions sensiblement horizontales superposées formant le reste -de la cloison re froidie G qui :divise la chambre intermédiaire B de manière à séparer l'entrée E de la sortie <I>If'</I> et ainsi :
d'éviter que la chaleur radiante ne traverse cette chambre intermédiaire, le reste du tube -21 formant une surface absorbant la chaleur dans, l'autre paroi I séparant la chambre intermédiaire B de la chambre de convection C. Les extrémités supérieures cl-es tubes 1 et 2: aboutissent finalement au sépa: rateur d'eau et :de vapeur 3.
Ainsi, comme il résulte de la description ci-dessus, la ,surface d'absorption de la cha leur définit une chambre de combustion .4 de forme sensiblement cylindrique, compor tant un brûleur pour combustible pulvérisé à sa partie supérieure, produisant une flamme dans une entrée conique, et la proje tant vers le bas, le long des parois qui, tout au moine. la cloison H, comportent une sur face constituée par des tubes jointifs.
Les autres parois comportent des tubes présentant des saillies retenant une mince couche de produit réfractaire 29 recouvrant les tubes et qui comporte une matière dorsale réfrac taire légère 30, de faible conductibilité ther mique, emmagasinant peu de chaleur, et qui, à son tour,
est également protégée par une matière isolante légère M résistant aux basses températures et constituée par exem ple par .des blocs à 85 % de magnésie ou ana logue, le tout étant supporté par une arma- ture d'acier appropriée, comme indiqué par ticulièrement en fig. 3.
Le séparateur 3, placé juste au-dessus de la partie supérieure de la chambre inter médiaire B, comporte un trop-plein qui per- met l'évacuation :de l'eau en -excès, séparée de la vapeur saturée dans .des conditions dé terminées qui sont données dans les brevets ci-dessus indiqués.
Cette eau passe dans un échangeur de chaleur 28 constitué par un ser pentin situé partiellement dans l'ouverture d'entrée :de la partie supérieure 23 -d'un ré chauffeur d'air tubulaire et partiellement dans le passage d'air prenant naissance dans la partie inférieure 24 dudit réchauffeur et allant au brûleur;
ces différentes parties ,du réchauffeur d'air sont reliées entre elles par un passage d'air 2i5, un passage 2-6 condui sant à une boîte à vent 2 7 située à l'entrée -du brûleur.
La boîte à vent 27 est pourvue :de vannes pour régler le débit d'air et modifier sa di rection à l'entrée du brûleur.
Le réchauffeur d'air est placé -dans, la partie la plus froide de la chambre .de con vection C. Dans la partie chaude de cette chambre se trouve un faisceau -de tubes sur chauffeurs 8 recevant la vapeur saturée -du séparateur 3 par une tubulure :de :distribu- tion 6 qui conduit .à un collecteur d'entrée 7;
à partir -de ce collecteur, la vapeur saturée traverse des boucles vers le haut dans une moitié de :surohauffeur pour arriver à un collecteur 9 et @de là vers le bas à travers l'autre moitié -du surchauffeur pour aboutir à un collecteur 10, et sortir par un tube 11 pour arriver à un appareil d'utilisation;
la place de ce surchauffeur est au-dessus du niveau :du sommet :de l'ouverture de commu nication de la chambre de gaz intermédiaire B avec la chambre de convection C.
Le surchauffeur est supporté par une po tence 12 fixée aux tubes de la cloison sépara- trioe I et .sur laquelle s'appuient des crochets 13 articulés sur des organes verticaux 14 re liant les uns aux autres les tubes du faisceau de surchauffeur;
-des organes 15, soudés entre les boucles du surchauffeur, fixent l'au- tre côté du surchauffeur au collecteur supé rieur 9,.
A une certaine :distance au-dessus -du faisceau de tubes 8 du surchauffeur .dans. la chambre de convection C est placé un écono- mineur 16 comprenant plusieurs spires verti- cales d'allée et de retour reliant un collec- teur d'entrée d'eau 17 et.
un collecteur de sortie 19. Le faisceau de tubes de l'écono miseur 16 est porté par sa boucle plate infé rieure 18, du côté opposé au collecteur, par des organes verticaux 22 boulonnés en 21 sut des potences 20 supportées par les tubes de la cloison séparatrice 1.
L'accès de la chambre de gaz intermé- diaire B est constitué par un panneau amo vible J indiqué aux fis. 2 et 7.
Lorsqu'on utilise du charbon pulvérisé pour le fonctionnement de ce générateur, on prévoit une ouverture d'extraction des sco ries, soit dans le sol, soit dans une paroi la térale du foyer dans une partie fortement chauffée, comme indiqué schématiquement en K à la fis. 1.
les tubes vaporisateurs étant disposés, lors de la fabrication du généra teur. de façon à former cette ouverture.
Le générateur représenté, lorsqu'il est bien réglé, est capable de conserver une tem- pérature et une pression de vapeur sensible- ment uniforme pour des variations de charge importantes et rapides. L'eau passe à travers les tubes vaporisateurs en volume suffisant et de manière telle que la concentration en
substances susceptibles de se déposer soit ré duite, la vapeur et l'eau étant séparées à l'extrémité de la section génératrice et la vapeur saturée passant au surchauffeur, l'eau en excès étant retirée de la circulation après récupération de la chaleur, mais pouvant âtre, dans certaines formes d'exécution,
remise en circulation en partie avec une quantité d'eau complémentaire nécessaire. En même temps, l'eau maintient efficacement la température du métal dans les limites de sécurité.
Les parois de la chambre intermédiaire, de même que sa cloison séparatrice, consti- tuent des surfaces d'absorption de chaleur abaissant la température des gaz chauds de la combustion au degré désiré avant qu'ils ne viennent en contact avec les faisceaux de tubes contenus dans la chambre de convec tion.
Ainsi, la chambre intermédiaire a le triple effet de protéger les faisceaux de tubes contre la radiation du foyer, d'abaisser la température des gaz chauds de la combus- tion et de mélanger ces gaz pour rendre plus uniforme la température sur toute la section du courant gazeux. En même temps,
la chambre intermédiaire n'offre pas de résis- tance supplémentaire appréciable à l'écoule ment des gaz, ni des pertes de tirage.
On observera que le passage du courant des gaz n'est traversé par aucun tube dans les passages faisant communiquer la cham bre intermédiaire avec, @ la chambre de com bustion ou avec la ejlâbrê de convection,
ceci étant obtenu sans la prâsenoe de collec- teur dans la chambre de combustion ou dans la chambre intermédiaire. Ces collecteurs constitueraient nécessairement des parties métalliques è, paroi plus épaisse, étant donné leurs dimensions,
que la paroi métallique des tubes vaporisateurs.
Le générateur représenté et décrit est à circulation forcée. Il est léger et compact, et présente le minimum de réserve de liquide et de chaleur pour la surface maxima de va peur surchauffée avec maintien d'une tem pérature et d'une pression @,
pratiquement uni forme pour des variations considérables et presque instantanées de la charge. Ce généra- teur de vapeur convient donc à des applica- tions comme générateur de puissance à vi- tesse variable et peut être <RTI
ID="0004.0185"> construit en des dimensions permettant son utilisation sur les locomotives, automotrices, navires et autres applications, dans lesquels le poids d'un tel générateur doit être réduit et les dépenses d'entretien très faibles.
Steam generator. The invention relates to a steam generator, consisting of vaporizing elements, a separator, an economizer, a superheater and an air heater, characterized in that it comprises three separate chambers in series, in which hot gases circulate,
-whose walls are lined with long vaporizing tubes of small diameter, the first constituting the combustion chamber, the intermediate chamber comprising, in addition to its walls lined with tubes, a screen made of vaporizing tubes, the third containing, placed on the gas circulation, superheater, economizer and air heater.
Certain embodiments of the generator, object of the invention, preferably have the additional features which are listed in what follows.
The vaporizing elements can be constituted by two tubes fed in parallel, each tube being curved in superimposed horizontal elements, the elements of one tube alternating beforehand with those of the other to thus constitute continuous absorption surfaces. heat.
The elements thus superimposed can be contiguous - and this will be the case, for example, for a wall and the screen of the intermediate chamber. Oven a part of said chamber, the walls may be advantageously constituted by superimposed elements of the same tube.
In the preferred embodiments, the liquid is introduced at one end of these tubes and the mixture of water and steam is collected at the other end;
the water and the vapor are then separated, the saturated steam passes through the superheater, while the excess water can be discharged after recovery of the heat, or partially recirculated with a certain quantity of additional water .
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the generator forming the subject of the invention.
Fig. 1 is a vertical cross section showing the hot gas passages and the fluid circulation; Fig. 1a is a schematic view in vertical section, showing the combination of the combustion chamber, the intermediate chamber and the convection chamber;
Fig. 2 is a vertical section of said embodiment; Fig. 3 is a vertical section taken along line 3-3 of FIG. 2; Fig. 4 is a view similar to FIG. 3.
along line 4-4 of fig. 2; Fig. 5 is a cross section taken along line 5-5 of fig.g. 2; Fig. 6 is a plan view; Fig. 7 is a partial sectional view taken along line 7-7 of FIG. 2;
Fig. 8 is a perspective view of the arrangement of part of the two tubes of small diameter and of great length which constitute the absorption surface -de the heat, and in which the fluid passes.
The steam generator shown, as is clear from the schematic figures 1 and 1a. consists of three distinct parts, namely:
a combustion chamber A, a chamber containing bundles of tubes or convection chamber C, and an intermediate chamber B for the passage of gas.
The intermediate chamber B has an inlet opening E through which it communicates with the chamber A and an outlet opening F going to the convection chamber C, these openings being directly opposite to each other,
but separated from each other by a screen forming a cooled partition G extending upward from the floor of the chamber, and which, being held at. relatively low temperature by its heat-absorbing surface, has no own radiation.
The walls of the. intermediate chamber B, as well as the dividing wall G are heat-absorbing surfaces, as shown in FIG. 8.
The vaporizer tubes 1 and 2, of small diameter and of great length, in which the fluid passes, constitute this heat-absorbing surface and receive the liquid by resistors which are found described in the prior patents in the name of same inventor,
filed respectively on December 8, 1936, Nc 193429 for: ,, Forced circulation generator ", and on December 15, 1M6, Ne 194841 for:" Forced circulation generator ".
Tube 1 follows the generator floor from front to back in the three chambers, forming adjoining loops, passes through the intermediate chamber to constitute the part:
lower - of the partition G, then rises in the combustion chamber A to a level located above the lower opening E communicating the combustion chamber A and the intermediate chamber B;
from this level it continues to ascend upwards in a helix to the level of the upper part of the intermediate chamber B; from there, </B> it goes transversely forwards and backwards, so as to form horizontal loops to constitute the heat-absorbing surface forming a ceiling of this intermediate chamber B,
then it returns again to the combustion chamber A where it winds in, helices and ends in spirals to form a nozzle D in the center of which the burner is placed, as shown,
through which a finely divided fuel, such as oil or pulverized char, arrives.
The upper part of the conduit 1 enters a steam and water separator 3, this separator having a safety valve 4 and a manhole 5. The separator is fully described in the patents cited above.
The second vaporizer tube? fluid first coils around the internal wall of the intermediate chamber B, then passes through said chamber B to form a part of the cooled partition G as does pipe 1 in the lower part of this partition,
then forms various helical loops around the combustion chamber A to the upper level -of the inlet and outlet openings of the intermediate chamber B where it then begins a sinuous path in the shape of an "eight", so to present alternately substantially horizontal portions, concurrently with the tube 1 to. Training :
of the wall H separating the combustion chamber from the intermediate chamber. The central parts. - "eight" constitute - substantially horizontal superimposed portions forming the rest - of the cooled partition G which: divides the intermediate chamber B so as to separate the inlet E from the outlet <I> If '</I> and so :
prevent radiant heat from passing through this intermediate chamber, the rest of the tube -21 forming a surface absorbing heat in, the other wall I separating the intermediate chamber B from the convection chamber C. The upper ends cl-es tubes 1 and 2: finally lead to the water and steam separator 3.
Thus, as it follows from the above description, the heat absorption surface defines a combustion chamber .4 of substantially cylindrical shape, comprising a burner for atomized fuel at its upper part, producing a flame in it. a conical entrance, and projects it so much downwards, along the walls which, while the monk. the partition H, have a surface formed by contiguous tubes.
The other walls have tubes having protrusions retaining a thin layer of refractory 29 covering the tubes and which comprises a lightweight refractory backing material 30, of low thermal conductivity, storing little heat, and which, in turn,
is also protected by a light insulating material M resistant to low temperatures and constituted, for example, by blocks of 85% magnesia or the like, the whole being supported by a suitable steel reinforcement, as indicated in particular by fig. 3.
The separator 3, placed just above the upper part of the intermediate chamber B, has an overflow which allows the evacuation of: excess water, separated from the saturated steam under conditions. determined which are given in the patents indicated above.
This water passes through a heat exchanger 28 consisting of a ser pentin located partially in the inlet opening: from the upper part 23 of a tubular air heater and partially in the air passage originating in the lower part 24 of said heater and going to the burner;
these different parts of the air heater are interconnected by an air passage 215, a passage 2-6 leading to a wind box 27 located at the burner inlet.
The air box 27 is provided with: valves for adjusting the air flow and modifying its direction at the burner inlet.
The air heater is placed in the coldest part of the con vection chamber C. In the hot part of this chamber there is a bundle of tubes on heaters 8 receiving the saturated steam from the separator 3 through a pipe: from: distribution 6 which leads to an inlet manifold 7;
from this collector, saturated steam passes through loops upwards in one half of: superheater to arrive at a collector 9 and from there down through the other half -of the superheater to end in a collector 10 , and exit through a tube 11 to arrive at a user device;
the position of this superheater is above the level: from the top: from the communication opening of the intermediate gas chamber B with the convection chamber C.
The superheater is supported by a po tence 12 fixed to the tubes of the partition I and .sur which bear hooks 13 articulated on vertical members 14 connecting to each other the tubes of the superheater bundle;
members 15, welded between the loops of the superheater, fix the other side of the superheater to the upper manifold 9 ,.
At a certain: distance above the tube bundle 8 of the superheater .in. the convection chamber C is placed an economy 16 comprising several vertical turns of aisle and return connecting a water inlet collector 17 and.
an outlet manifold 19. The bundle of tubes of the economiser 16 is carried by its lower flat loop 18, on the side opposite the manifold, by vertical members 22 bolted in 21 on the brackets 20 supported by the tubes of the partition wall 1.
The access to the intermediate gas chamber B is constituted by a removable panel J indicated at the fis. 2 and 7.
When pulverized coal is used for the operation of this generator, an opening for extracting the sawn timber is provided, either in the ground or in a side wall of the hearth in a strongly heated part, as shown schematically in K to did it. 1.
the vaporizer tubes being arranged, during the manufacture of the generator. so as to form this opening.
The generator shown, when properly adjusted, is capable of maintaining substantially uniform temperature and vapor pressure for large and rapid load changes. The water passes through the vaporizer tubes in sufficient volume and in such a way that the concentration of
substances liable to deposit are reduced, with the steam and water being separated at the end of the generator section and the saturated steam passing to the superheater, the excess water being removed from the circulation after heat recovery, but which may be, in certain embodiments,
recirculation in part with the necessary quantity of additional water. At the same time, the water effectively maintains the temperature of the metal within safe limits.
The walls of the intermediate chamber, as well as its dividing wall, constitute heat absorption surfaces lowering the temperature of the hot combustion gases to the desired degree before they come into contact with the bundles of tubes contained. in the convection room.
Thus, the intermediate chamber has the triple effect of protecting the tube bundles against the radiation of the hearth, of lowering the temperature of the hot combustion gases and of mixing these gases to make the temperature more uniform over the entire section of the combustion chamber. gas stream. At the same time,
the intermediate chamber does not offer appreciable additional resistance to gas flow, nor draft losses.
It will be observed that the passage of the gas current is not crossed by any tube in the passages making the intermediate chamber communicate with, @ the combustion chamber or with the convection chamber,
this being obtained without the provision of a manifold in the combustion chamber or in the intermediate chamber. These collectors would necessarily constitute metal parts è, thicker wall, given their dimensions,
than the metal wall of the vaporizer tubes.
The generator shown and described has forced circulation. It is light and compact, and has the minimum reserve of liquid and heat for the maximum surface area of the overheated vessel with maintenance of temperature and pressure @,
practically uniform for considerable and almost instantaneous variations in load. This steam generator is therefore suitable for applica- tions as a variable speed power generator and can be <RTI
ID = "0004.0185"> built in dimensions allowing its use on locomotives, railcars, ships and other applications, in which the weight of such a generator must be reduced and the maintenance expenses very low.