Appareil de vaporisation. La présente invention a pour objet un ap pareil de vaporisation comprenant une chau dière tubulaire à l'intérieur d'une enveloppe étanche établie pour résister à la pression,des gaz de la combustion, laquelle est sensible ment égale à celle de la vapeur produite.
L'appareil de vaporisation selon la présente invention est caractérisé en ce que ladite chau dière tubulaire comporte des séries de tubes parallèles à l'axe,de l'enveloppe, une série de ces tubes, qui constituent le faisceau vaporisa teur, étant établie de telle sorte que le mouve ment de l'eau et -de la vapeur dans tous ces tubes a lieu, en parallèle, dans le même sens de l'amont vers l'aval du circuit gazeux, les tubes les plus proches de la paroi de l'enve loppe étant disposés de manière à contribuer à la protection de l'enveloppe contre une cha leur excessive causée par le contact des gaz chauds.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, deux formes d'exécution de l'ap pareil faisant l'objet de l'invention, l'une pour l'emploi de combustibles liquides, l'autre pour l'emploi de combustibles solides.
Les fig. 1 et la représentent une vue d'en semble de la première forme d'exécution en une coupe verticale par l'axe. Ces deux figures se raccordent suivant la ligne a-a.
La fig. lb est une coupe par un plan per pendiculaire à celuides fig. 1, la.
La fig. 2 représente une coupe transver sale par le milieu du faisceau vaporisateur, suivant la ligne II-II -de la fig. la. La fig. 3 se rapporte à la seconde forme d'exécution .et représente une coupe longitudi nale -de l'extrémité de la chambre de combus tion et de la chambre de dépôt des scories qui lui est attenante.
La fig. 4 représente une coupe transversale par le milieu -du faisceau vaporisateur, et la fig. 5 un -détail d'installation d'un appareil de ramonage dans cette seconde forme d'exé cution.
Dans l'appareil -de vaporisation représenté en fig. 1, la, lb et 2, 6 est le fond hémisphé rique supérieur d'une enveloppe extérieure 1, ou laboratoire, constituée par un cylindre de révolution en acier. Le fond 6 est démontable au moyen du joint 7. Tous les éléments de la chaudière sont suspendus à ce fond. Ils peu vent en être déconnectés grâce à des joints auxquels on peut accéder par un ou plusieurs trous de coup de poing 8.
9 .sont des brûleurs; ils se composent cha cun d'un manchon réfractaire 10 placé à l'in térieur d'un cylindre d'acier Il refroidi par une circulation d'eau. Dans le brûleur sont re foulés: par 12 le combustible et par 13 l'air comburant. Au démarrage, et jusqu'à. ce que les manchons réfractaires 10 soient incan descents, on injeéte d'abord un combustible aisément inflammable, tel que de l'essence.
Les brûleurs sont placés par paires aux extrémités opposées de mêmes diamètres. Ils sont orientés de manière à produire une bonne turbulence. La longueur de la flamme est seulement de quelques centimètres quand la pression est de l'ordre de 80 à 100 kg/cm2. La flamme est toute entière à l'intérieur des manchons réfrac taires. Il en. résulte que la chaudière utilise très peu le rayonnement.
Les brûleurs débouchent dans une chambre 14 entièrement tapissée par une lame d'eau 15. Cette lame d'eau est munie de cloisons longi- tudinales, tle manière à assurer une exacte ré partition du liquide.
L'eau d'alimentation et de recirculation est refoulée dans la lame d'eau par des pompes de .recirculation 16, grâce à un collecteur 17 et à .des branchements 18, le tout muni de vannes .de sectionnement 19.
. La chaudière comporte -des séries -de tubes parallèles à l'axe -de l'enveloppe 1. Une série de ces tubes 20 constitue le faisceau vapori sateur; il se- compose de tubes cylindriques verticaux disposés en quinconce, raccordés à des collecteurs inférieurs 21 et supérieurs. 22 par -des extrémités coudées, horizontales, de diamètre réduit. Le mouvement de l'eau et de la vapeur dans les tubes 20 a lieu, en paral lèle, -dans le même sens -de l'amont vers l'aval du -circuit gazeux.
Le diamètre extérieur -des tubes verticaux sera, par e xemple, de 5 cm, et celui des extrémités horizontales de 4 cm. Les tubes des rangées -extérieures (les plus rap prochées de l'enveloppe du laboratoire) sont très rapprochés de manière à former un écran protecteur pour l'enveloppe; cet écran est complété par des tôles 23, des tubes 37 join- tifs, ces tubes faisant partie .d'un faisceau sur chauffeur, comme on le verra plus loin, et du calorifuge en tant que besoin.
Les -boîtes infé rieures 21 sont mises en communication avec la lame d'eau par l'intermédiaire de joints to riques 24 à écrasement. Des trous de coup de poing 25 permettent d'accéder à ces joints. Les sections -des tubes sont déterminées -de telle sorte que, malgré la vaporisation dont ils sont le siège, les vitesses de circulation de l'émulsion dans les tubes soient sensiblement les mêmes que dans les chaudières normales.
L'émulsion, en sortant -de chacun .des col- lecteurs supérieurs 22, passe, grâce à des joints démontables, dans des boîtes 26, d'où sortent -deux files de tubes verticaux 27.
Ces deux files sont jointives; elles constituent ainsi un écran protecteur pour le laboratoire, mais elles laissent exister entre elles un espace libre. qui peut donner passage éventuellement à une fraction des gaz sortant,du faisceau va porisateur, court-circuitant ainsi partiellement le faisceau surchauffeur. Les files de tubes 27 aboutissent à des boîtes 28 qui, par 29, com muniquent avec un tuyau 30 conduisant l'émulsion à un ballon d'eau et de vapeur 31.
Des clapets 32, commandés par des organes de réglage des températures. (thermostats), servent à régler le débit des gaz court-circui tant le faisceau surchauffeur. L'entrée -des gaz s'effectue par le trajet indiqué par les flè ches 33.
La chaudière comporte en outre un fais ceau surchauffeur 34 dont les tubes sont dis posés suivant des serpentins entre une boîte d'arrivée 35 de la vapeur saturée et un collec teur 36 de vapeur surchauffée.
Les deux pre mières branches de chaque serpentin 37 des cendent jusqu'au bas -du faisceau vaporisateur. Ces branches sont jointives, comme on le voit en fig. 2; elles forment ainsi un élément de protection- de l'enveloppe, mais elles laissent entre elles un passage libre par lequel peut être admis un certain appoint de gaz chauds court-circuitant ainsi partiellement le faisceau vaporisateur. L'entrée de ces gaz d'appoint s'effectue comme indiqué par les flèches 38.
Le débit de ces gaz est réglé par des clapets 39 commandés par des thermostats, pour ré gler correctement la température de sortie.
La vapeur saturée vient du dôme 40 -du ballon 31 par un tuyau 41 -et des tuyauteries annulaires 42 complétant la protection de la calotte supérieure.
La vapeur surchauffée passe par des tubu lures 43 et un tuyau annulaire 44 vers une canalisation de vapeur 45.
Toutes les tuyauteries comportent des sou papes de sectionnement, de sorte que le ballon 31 peut, en cas d'arrêt, être complètement isolé, ce qui peut conduire à une économie de chaleur intéressante. 46 est une soupape de prise de vapeur. 47 est une soupape de prise des gaz.
48 est une soupape mélangeuse pour ré glage de la surchauffe. .
49 est une soupape de sûreté pour les gaz. 50 est une soupape de sûreté pour la va peur.
51 est un trou d'homme.
52 sont des organes séparateurs usuels d'eau et de vapeur.
53 sont des régulateurs d'eau d'alimentation. 54 sont des tuyaux d'alimentation en charge des pompes de recirculation 16.
55 est un appareil de réglage destiné à maintenir en toutes circonstances l'égalité des pressions de vapeur et de gaz, si les autres moyens propres à y parvenir font défaut (par exemple, les régulateurs d'admission -des tur bines, s'il y en a). Il se compose d'un corps cylindrique 55 à l'intérieur duquel se meut un piston 56; ce piston reçoit, sur sa face supérieure, l'action de la pression de la va peur, par 57, et sur son autre face, l'action de la pression des gaz par 58. Si une dif férence de pression s'établit, le piston 56 commence à se mouvoir dans le sens qui lui est imposé; il est rendu solidaire d'un piston auxiliaire 59 par une tige 60.
Le. piston 59 se meut dans un cylindre rempli d'air il une pression appropriée. Grâce au piston 59, pour chaque valeur de la différence -des pres sions agissant sur le piston 56, il existe une seule position d'équilibre de l'équipage formé par les deux pistons et la tige 60. Cette der nière porte un bras 61 muni,d'un frotteur qui se déplace en face d'un clavier à touches 62, par lequel sont envoyées les actions nécessaires pour actionner les appareils de réglage et, en particulier, les vannes principales 46 et 47 et les organes -de sécurité, le cas échéant.
On remarquera, entre autres détails, l'agen- cementdes sorties de gaz et de vapeur et d'ar rivée de vapeur saturée, au moyen de tubu lures concentriques qui simplifient beaucoup les percements à effectuer dans la calotte; assurent la protection de cette dernière contre le contact des fluides très chauds et réduisent au minimum les pertes de chaleur. Il n'y a pas d'éléments tubulaires écono miseurs en raison d e la température élevée que l'on désire donner au gaz d'émission.
66 est un tuyau de purge.
Dans la forme d'exécution des fig. 3 à 5, pour l'emploi de combustibles solides, les dis positions générales déjà décrites subsistent; il faut seulement y introduire des modifications qui, toutes, visent soit à éliminer les scories; soit à se débarrasser des soies et des cendres.
Pour faciliter l'élimination .des soies et cendres, l'axe de l'enveloppe a une inclinaison de 45 sur l'horizontale (fig. 3). Pour pouvoir ramoner an moyen de jets de vapeur, il faut renoncer au quinconce des tubes. On fera alors usage de tubes à section carrée (fig. 4) dont seûles les terminaisons horizontales demeurent circulairès. Ces tubes pourront être faits par soudure après emboutissage; ils pourront aussi être coulés directement à leur forme en fonte spéciale ou encore étirés carrés.
Pour per- mettre à ces tubes de servir d'écrans protec teurs, il suffit de relier les faces extérieures des tubes extérieurs par des bandes métalli ques soudées comme indiqué en 20' en fig. 4. Les tuyaux de ramonage seront disposés dans le faisceau vaporisateur, par exemple comme indiqué en 63. Ils seront ainsi bien protégés et ne seront pas exposés à se brûler. On ra monera avec de la. vapeur à une pression de 10 kg au-dessus .du timbre de la chaudière.
La longueur du faisceau vaporisateur étant de l'ordre du mètre, ces précautions suffiront pour être efficaces et la dépense sera. faible.
64 (fig. 3) est un, brûleur qui joue le rôle d'élément de chambre de combustion. 65 est un tuyau d'amenée de charbon pulvérisé mé langé d'air. 67 est un tuyau d'amenée d'air secondaire.
68 est une chambre de dépôt des scories. La température dans cette chambre est de l'ordre de grandeur de 1800 à 2000 , car le rayonnement est trop faible pour refroidir sensiblement lamasse gazeuse. La section de cette chambre est suffisante pour que la vi tesse des gaz soit inférieure à 1 m/sec. Les scories s'élimineront à l'état liquide. 69 est un bain de scories liquides. L'axe des brûleurs est incliné vers l'arrière afin d'obliger les gaz chauds à lécher la surface du bain dans- toute sa longueur.
70 est une lame d'eau continue qui tapisse toutes les parois et qui est parcourue par l'eau de circulation et de recirculation, comme pré- cédemment.
71 est un revêtement protecteur de la sole en fonte réfractaire.
72 est un revêtement protecteur réfractaire. 73 est l'orifice d'évacuation des scories fondues, en source .
74 est un manchon métallique cylindrique à circulation d'eau.
75. est l'arrivée de l'eau de circulation. 76 est la sortie de l'eau de circulation.
7 7 est un bain d'eau Pouvant osciller entre deux niveaux limites 78 et 79.
Ce bain d'eau peut "être mis en communi- cation par un tuyau 80 et un robinet à trois voies 81 soit avec une arrivée d'eau sous pression (au timbre de la chaudière) 82, soit avec une décharge 83. Le robinet 81 'est com mandé par un flotteur à niveau approxima tivement constant 84 au moyen d'une trans mission articulée 85. _ Le bain- d'eau sert à l'extinction des mâchefers.
La position du niveau est altérée de deux manières: par l'arrivée des mâchefers, qui tend à relever le niveau, et par la vapori sation provoquée par l'extinction, qui tend à l'abaisser.
184 est une protection réfractaire main tenue par des chevilles métalliques soudées sur la paroi interne du manchon 74.
185 sont des capacités qui se remplissent alternativement de mâchefers éteints -sous le jeu combiné de vannes d'admission 86 et d'évacuation 87. Les mâchefers étant consti tués par des verres très coupants en menus fragments, des précautions spéciales sont à prendre pour les opercules de ces vannes qui @aront à changer très fréquemment.
88 sont des évacuateurs d'air.
89 est un système de remplissage alimenté en eau sous pression.
Après chaque opération de vidage, la ca pacité correspondante doit, en effet, être com- plètemant remplie d'eau naturelle, afin d'évi ter une perte- inutile d'eau sous pression.
Toutes les manoeuvres d'évacuation des mâchefers peuvent être rendues automatiques sans difficulté.
90 est une arrivée d'eau de refroidissement. 91 est un départ d'eau de refroidissement. 92 est un écran double en tubes refroidis. 93 est un revêtement réfractaire maintenu à' la surface des tubes et des collecteurs de l'écran, au moyen de chevilles soudées sur leurs parois.
L'écran .ainsi revêtu est destiné à arrêter la majeure partie des gouttelettes de scorie en fusion pouvant encore subsister dans les gaz quand ils arrivent en ce point.
94 est un trou d'homme muni de son cou vercle.
Spray device. The present invention relates to a vaporization apparatus comprising a tubular boiler inside a sealed envelope established to withstand the pressure of the combustion gases, which is substantially equal to that of the vapor produced.
The vaporization apparatus according to the present invention is characterized in that said tubular boiler comprises series of tubes parallel to the axis of the casing, a series of these tubes, which constitute the vaporizing bundle, being established from such that the movement of water and steam in all these tubes takes place, in parallel, in the same direction from upstream to downstream of the gas circuit, the tubes closest to the wall of the casing being arranged so as to help protect the casing against excessive heat caused by contact with hot gases.
The appended drawing represents, by way of examples, two embodiments of the apparatus forming the subject of the invention, one for the use of liquid fuels, the other for the use of fuels. solid.
Figs. 1 and show a general view of the first embodiment in a vertical section through the axis. These two figures are connected along line a-a.
Fig. lb is a section by a plane perpendicular to celuides fig. 1, the.
Fig. 2 shows a dirty cross section through the middle of the vaporizer bundle, along line II-II -of FIG. the. Fig. 3 relates to the second embodiment. And shows a longitudinal section -de the end of the combustion chamber and the slag deposition chamber which adjoins it.
Fig. 4 shows a cross section through the middle of the vaporizer bundle, and FIG. 5 a -detail installation of a sweeping device in this second form of execution.
In the vaporization apparatus shown in FIG. 1, la, lb and 2, 6 is the upper hemispherical bottom of an outer casing 1, or laboratory, consisting of a steel cylinder of revolution. The bottom 6 can be dismantled by means of the seal 7. All the boiler elements are suspended from this bottom. They can be disconnected from it by means of joints which can be accessed through one or more punch holes 8.
9 .are burners; they each consist of a refractory sleeve 10 placed inside a steel cylinder II cooled by circulating water. In the burner are repressed: by 12 the fuel and by 13 the combustion air. At startup, and until. In order for the refractory sleeves 10 to be incandescent, an easily flammable fuel, such as gasoline, is first injected.
The burners are placed in pairs at opposite ends of the same diameters. They are oriented so as to produce good turbulence. The length of the flame is only a few centimeters when the pressure is of the order of 80 to 100 kg / cm2. The flame is entirely inside the refractory sleeves. It. The result is that the boiler uses very little radiation.
The burners open into a chamber 14 entirely lined with a layer of water 15. This layer of water is provided with longitudinal partitions, so as to ensure an exact distribution of the liquid.
The feed and recirculation water is returned to the water layer by .recirculation pumps 16, thanks to a collector 17 and to .des connections 18, the whole provided with .de sectioning valves 19.
. The boiler comprises -series of tubes parallel to the axis of the casing 1. A series of these tubes 20 constitutes the vaporizer bundle; it consists of vertical cylindrical tubes arranged in staggered rows, connected to lower 21 and upper manifolds. 22 by - bent ends, horizontal, of reduced diameter. The movement of water and steam in the tubes 20 takes place, in parallel, -in the same direction -from upstream to downstream of the gas circuit.
The outside diameter of the vertical tubes will be, for example, 5 cm, and that of the horizontal ends of 4 cm. The tubes of the outer rows (closest to the laboratory envelope) are very close together so as to form a protective screen for the envelope; this screen is completed by sheets 23, tubes 37 joined, these tubes forming part of a bundle on a heater, as will be seen below, and heat insulation as required.
The lower boxes 21 are placed in communication with the water layer by means of to ring gaskets 24 to be crushed. Punch holes 25 provide access to these seals. The sections of the tubes are determined in such a way that, despite the vaporization of which they are the seat, the circulation speeds of the emulsion in the tubes are substantially the same as in normal boilers.
The emulsion, on leaving each of the upper collectors 22, passes, by means of removable seals, into boxes 26, from which emerge two rows of vertical tubes 27.
These two lines are contiguous; they thus constitute a protective screen for the laboratory, but they leave a free space between them. which can possibly give passage to a fraction of the gases exiting from the porizer bundle, thus partially short-circuiting the superheater bundle. The rows of tubes 27 end in boxes 28 which, through 29, communicate with a pipe 30 leading the emulsion to a water and steam balloon 31.
Valves 32, controlled by temperature adjustment members. (thermostats), are used to adjust the gas flow bypassing the superheater bundle. The gas entry is made by the path indicated by arrows 33.
The boiler further comprises a superheater bundle 34, the tubes of which are arranged in coils between an inlet box 35 for saturated steam and a manifold 36 for superheated steam.
The first two branches of each coil 37 from the ash to the bottom of the vaporizer beam. These branches are contiguous, as seen in fig. 2; they thus form a protective element of the casing, but they leave between them a free passage through which a certain make-up of hot gases can be admitted, thus partially bypassing the vaporizer bundle. The entry of these make-up gases is carried out as indicated by arrows 38.
The flow rate of these gases is regulated by valves 39 controlled by thermostats, to correctly regulate the outlet temperature.
The saturated steam comes from the dome 40 -of the balloon 31 through a pipe 41 -and annular pipes 42 completing the protection of the upper cap.
The superheated steam passes through tubes 43 and an annular pipe 44 to a steam line 45.
All the pipes include shut-off valves, so that the tank 31 can, in the event of a shutdown, be completely isolated, which can lead to significant heat savings. 46 is a steam intake valve. 47 is a gas intake valve.
48 is a mixing valve for controlling the superheating. .
49 is a safety valve for gases. 50 is a safety valve for fear.
51 is a manhole.
52 are usual water and steam separators.
53 are feed water regulators. 54 are feed pipes for recirculation pumps 16.
55 is a regulating device intended to maintain in all circumstances the equality of the vapor and gas pressures, if the other means suitable for achieving this are lacking (for example, the inlet regulators -of the turbines, there is). It consists of a cylindrical body 55 inside which moves a piston 56; this piston receives, on its upper face, the action of the pressure of the vapor, by 57, and on its other face, the action of the pressure of the gases by 58. If a pressure difference is established, the piston 56 begins to move in the direction imposed on it; it is made integral with an auxiliary piston 59 by a rod 60.
The. piston 59 moves in a cylinder filled with air it an appropriate pressure. Thanks to the piston 59, for each value of the difference -of the pressures acting on the piston 56, there is a single equilibrium position of the crew formed by the two pistons and the rod 60. This latter carries an arm 61 provided with a slider which moves in front of a keypad 62, through which the actions necessary to actuate the adjustment devices and, in particular, the main valves 46 and 47 and the safety devices, are sent, if applicable.
One will notice, among other details, the arrangement of the gas and steam outlets and the saturated steam inlet, by means of concentric tubes which greatly simplify the holes to be made in the cap; protect the latter against contact with very hot fluids and reduce heat loss to a minimum. There are no economising tubular elements due to the high temperature which it is desired to impart to the emission gas.
66 is a purge pipe.
In the embodiment of FIGS. 3 to 5, for the use of solid fuels, the general provisions already described remain; it is only necessary to introduce modifications which, all, aim either at eliminating the slag; or to get rid of silks and ashes.
To facilitate the removal of silks and ashes, the axis of the casing has an inclination of 45 to the horizontal (fig. 3). To be able to sweep by means of jets of steam, it is necessary to dispense with the staggering of the tubes. Square section tubes will then be used (fig. 4) only the horizontal terminations of which remain circular. These tubes can be made by welding after stamping; they can also be cast directly to their special cast iron shape or stretched square.
To allow these tubes to act as protective screens, it suffices to connect the outer faces of the outer tubes by metal strips welded as indicated at 20 'in fig. 4. The chimney sweep pipes will be placed in the vaporizer bundle, for example as indicated in 63. They will thus be well protected and will not be exposed to burns. We will monera with. steam at a pressure of 10 kg above the boiler bell.
The length of the vaporizer beam being of the order of a meter, these precautions will suffice to be effective and the expense will be. low.
64 (fig. 3) is a burner which acts as a combustion chamber element. 65 is a feed pipe for pulverized carbon mixed with air. 67 is a secondary air supply pipe.
68 is a slag deposit chamber. The temperature in this chamber is of the order of magnitude from 1800 to 2000, because the radiation is too weak to significantly cool the gaseous mass. The section of this chamber is sufficient for the gas velocity to be less than 1 m / sec. The slag will be eliminated in a liquid state. 69 is a bath of liquid slag. The axis of the burners is inclined backwards in order to force the hot gases to lick the surface of the bath throughout its length.
70 is a continuous sheet of water which lines all the walls and which is traversed by the circulating and recirculating water, as before.
71 is a protective lining of the refractory cast iron hearth.
72 is a refractory protective coating. 73 is the discharge orifice for molten slag, at the source.
74 is a cylindrical metal sleeve with water circulation.
75. is the arrival of the circulation water. 76 is the circulation water outlet.
7 7 is a water bath capable of oscillating between two limit levels 78 and 79.
This water bath can "be communicated by a pipe 80 and a three-way tap 81 either with a pressurized water inlet (at the boiler bell) 82, or with a discharge 83. The tap 81 'is controlled by an approximately constant level float 84 by means of an articulated transmission 85. The water bath is used to extinguish the bottom ash.
The position of the level is altered in two ways: by the arrival of bottom ash, which tends to raise the level, and by the vaporization caused by the extinction, which tends to lower it.
184 is a refractory protection hand held by metal plugs welded to the internal wall of the sleeve 74.
185 are capacities which fill alternately with extinguished bottom ash - under the combined set of inlet 86 and outlet 87 valves. As the bottom ash is made up of very sharp glass in small fragments, special precautions must be taken for them. covers of these valves which @aront to change very frequently.
88 are air evacuators.
89 is a filling system supplied with pressurized water.
After each emptying operation, the corresponding capacity must in fact be completely filled with natural water, in order to avoid unnecessary loss of pressurized water.
All the bottom ash removal maneuvers can be made automatic without difficulty.
90 is a cooling water inlet. 91 is a cooling water outlet. 92 is a double screen made of cooled tubes. 93 is a refractory lining held to the surface of the tubes and the collectors of the screen by means of plugs welded to their walls.
The screen. Thus coated is intended to stop the major part of the droplets of molten slag which may still remain in the gases when they arrive at this point.
94 is a manhole with its neck.