FR2472725A1

FR2472725A1 - Water boiler heated by hot gases flowing through tubes - has water flowing over external surfaces of tubes and through annular channel formed by double boiler casing

Info

Publication number: FR2472725A1
Application number: FR7931767A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-12-27
Filing date: 1979-12-27
Publication date: 1981-07-03
Also published as: FR2472725B3

Abstract

The boiler consists of an inner vessel (1) and an outer vessel (2) which together form a ring gap contg. water to be heated. The vessels are joined together at only two points, i.e. at a deformable duct (5) via which hot gases enter the inner vessel, and where tubes (8) carrying the hot gases to an exit duct (15) are joined to the vessel via a perforated plate (6). One end of each tube (8) is pref. welded or pressed into holes in the plate, which is welded to one end of the inner vessel. The other ends of tubes are pref. fixed in a similar manner in holes in a second perforated plate (12) welded to one end of vessel (2).

Description

La présente invention concerne une chaudière à lame d'eau et à tubes de fumées. The present invention relates to a boiler with a water blade and smoke tubes.

Les chaudières à tubes de fumées qui sont bien connues à ce jour, présentent certains inconvénients. L'un de ces inconvénients concerne la résistance des matériaux parceque les dilatations relatives des parois de la chambre de combustion de la chaudière et des tubes de fumées sont entravées et donnent naissance à de fortes tensions thermiques. Un autre inconvénient concerne les échanges thermiques parceque les parcours relatifs de 1 'eau froide et des gaz chauds ne font l'objet d'aucun traitement particulier, ce qui entraine de faibles transferts thermiques par unité de surface. Smoke tube boilers which are well known to date have certain drawbacks. One of these drawbacks concerns the resistance of the materials because the relative expansions of the walls of the combustion chamber of the boiler and of the smoke pipes are hampered and give rise to high thermal stresses. Another drawback concerns the heat exchanges because the relative paths of the cold water and the hot gases are not subject to any particular treatment, which results in low heat transfers per unit of area.

Enfin, un autre inconvénient important est que dans ces chaudières, il existe une perte de charge élevée dans le circuit parcouru par les gaz chauds.Finally, another important drawback is that in these boilers, there is a high pressure drop in the circuit traversed by the hot gases.

La présente invention vise essentiellement à remédier à ces inconvénients par des moyens particulièrement simples qui permettent d'amoindrir les tensions thermiques et d'améliorer très nettement le rendement thermique. The present invention essentially aims to remedy these drawbacks by particularly simple means which make it possible to reduce the thermal stresses and very clearly improve the thermal efficiency.

A cet effet, cette chaudière à lame d'eau et à tubes de fumées,comprenant un ensemble intérieur chauffé disposé dans une enveloppe extérieur, le volume compris entre les deux ensembles étant rempli d'eau à chauffer, est caractériséeen ce que les deux ensembles intérieur et extérieur sont solidaires l'un de l'autre uniquement en deux points de jonction, à savoir un point de jonction déformableau contact d'une extrémité de la chambre de combustion et un autre point de jonction rigide au contact d'une extrémité des tubes de fumées. For this purpose, this boiler with water blade and smoke tubes, comprising a heated interior assembly arranged in an exterior envelope, the volume between the two assemblies being filled with water to be heated, is characterized in that the two assemblies inside and outside are joined to each other only at two junction points, namely a deformable junction point at the contact of one end of the combustion chamber and another rigid junction point in contact with one end of the smoke tubes.

Suivant une caractéristique complémentaire de l'invention, une ou plusieurs plaques transversales formant des chicanes perpendiculaires à l'axe de symétrie des deux ensembles intérieur et extérieur déterminent une circulation croisée du fluide chauffé et du fluide chauffant au niveau du faisceau tubulaire de convection, et les tubulures d'entrée et de sortie du fluide chauffé sont disposées aux extrémités opposées de la chaudière de manière que la circulation du fluide chauffé s'effectue à contre-courant par rapport à celle du fluide chauffant. According to an additional characteristic of the invention, one or more transverse plates forming baffles perpendicular to the axis of symmetry of the two interior and exterior assemblies determine a crossed circulation of the heated fluid and the heating fluid at the level of the convection tubular bundle, and the inlet and outlet pipes of the heated fluid are arranged at opposite ends of the boiler so that the circulation of the heated fluid takes place against the current with respect to that of the heating fluid.

La chaudière suivant l'invention offre l'avantage qu'elle permet de réduire considérablement les tensions thermiques. The boiler according to the invention offers the advantage that it makes it possible to considerably reduce thermal stresses.

En effet, les surfaces chauffées par la flamme ou les gaz sont constituées par un ensemble qui est lié à l'ensemble extérieur non chauffé seulement en deux points , à savoir d'un côté les tubes de fumées sur une plaque tubulaire arrière et de l'autre côté la chambre de combustion dont le fond est lié par une manchette au fond bombé de l'enveloppe extérieur en formant un ensemble déformable absorbant les différences de dilatation longitudinales entre les parties en contact avec les gaz. L'eau froide pénètre dans la chaudière à l'endroit où les gaz sont les moins chauds et l'eau sort de la chaudière à l'endroit où les températures du fluide chauffant sont les plus élevées, que la partie formant la" chambre de combustion contienne une flamme ou des gaz à haut pouvoir émissif comme cela est le cas de la chaudière dite de "récupération".Ce dispositif permet, sur le plan purement thermique, l'obtention , dans certaines conditions,-de rendements, avec des pouvoirs calorifiques inférieurs du combustible, supérieurs à 1 par récupération de la chaleur latente des gaz.Indeed, the surfaces heated by the flame or the gases consist of an assembly which is linked to the unheated exterior assembly only at two points, namely on one side the smoke tubes on a rear tubular plate and of the 'other side the combustion chamber whose bottom is connected by a cuff to the curved bottom of the outer casing by forming a deformable assembly absorbing the differences in longitudinal expansion between the parts in contact with the gases. The cold water enters the boiler at the place where the gases are the warmest and the water leaves the boiler at the place where the temperatures of the heating fluid are the highest, that the part forming the "chamber of combustion contains a flame or gases with high emissivity as is the case with the so-called "recovery" boiler. This device allows, on a purely thermal level, the obtaining, under certain conditions, of yields, with powers lower calorific values of the fuel, greater than 1 by recovery of the latent heat of the gases.

La chaudière permet également de diminuer de façon nota
ble la perte de charge dans le circuit de circulation du fluide chauffant dont le parcours s'effectue dans un seul sens, ce qui permet ainsi d'utiliser des bruleurs moins onéreux à l'achat et consommant moins d'énergie électrique à l'exploitation.The boiler also makes it possible to decrease nota
ble the pressure drop in the heating fluid circulation circuit, which travels in one direction, which allows burners to be used which are less expensive to purchase and consume less electrical energy during operation .

On décrira ci-après , à titre d'exemples non limitatifs,diverses formes d'exécutinn de la présente invention en référence au dessin annexé sur lequel :
- la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une chaudière suivant l'invention d'axe horizontal;
- la figure 2 est une vue en coupe axiale schématique d'une variante d'exécution d'une chaudière d'axe horizontal;
- la figure 3 est une vue en coupe axiale schématique d'une chaudière d'axe vertical.Various forms of execution of the present invention will be described below, by way of nonlimiting examples, with reference to the appended drawing in which:
- Figure 1 is an axial sectional view of a boiler according to the invention with a horizontal axis;
- Figure 2 is a schematic axial sectional view of an alternative embodiment of a boiler with a horizontal axis;
- Figure 3 is a schematic axial sectional view of a vertical axis boiler.

La chaudière suivant l'invention , dont une forme d'exécution à axe horizontal est représentée à la figure 1, comprend deux ensembles coaxiaux,à savoir un ensemble intérieur 1 et un ensemble extérieur 2. The boiler according to the invention, an embodiment of which with a horizontal axis is shown in FIG. 1, comprises two coaxial assemblies, namely an interior assembly 1 and an exterior assembly 2.

L'ensemble intérieur 1 comporte une virole 3 qui est raccordée, à son extrémité gauche, à un fond bombé soudé 4 au centre duquel est soudée une manchette coaxiale 5. A son extrémité droite, la virole 3 de l'ensemble intérieur I est soudée à une plaque transversale plane 6 qui est percée d'un ensemble de trous 7. Dans ces trous sont soudées ou dudgeonnées les extrémités gauches d'un faisceau de tubes longitudinaux 8. The interior assembly 1 comprises a ferrule 3 which is connected, at its left end, to a welded curved bottom 4 at the center of which is welded a coaxial sleeve 5. At its right end, the ferrule 3 of the interior assembly I is welded to a flat transverse plate 6 which is pierced with a set of holes 7. In these holes are welded or expanded the left ends of a bundle of longitudinal tubes 8.

L'ensemble extérieur 2 comporte une virole 9 qui est soudée, à son extrémité gauche, à un fond bombé 10. Ce fond est percé dans sa partie centrale d'un trou 11 àtravers lequel la manchette 5 fait saillie à l'extérieur, cette manchette 5 étant soudée au fond bombé 10 le long du bord du trou 11. A son extrémité droite, la virole 9 de l'ensemble extérieur 2 est fermée par une plaque transversale plane 12 qui est percée de trous 13 alignés respectivement, dans le sens longitudinal, avec les trous 7
ou dudgeonnées de la plaque 6. Dans ces trous 13 sont soudées/les extrémités droites des tubes longitudinaux 8. La plaque transversale 12 assure une séparation entre l'intérieur de la chaudière et une chambre extérieure 14 collectant les gaz de combustion et à laquelle est raccordé un conduit d'évacuation5.The external assembly 2 comprises a ferrule 9 which is welded, at its left end, to a convex bottom 10. This bottom is pierced in its central part with a hole 11 through which the cuff 5 projects outside, this cuff 5 being welded to the curved bottom 10 along the edge of the hole 11. At its right end, the shell 9 of the exterior assembly 2 is closed by a flat transverse plate 12 which is pierced with holes 13 aligned respectively, in the direction longitudinal, with holes 7
or of the plate 6. In these holes 13 are welded / the straight ends of the longitudinal tubes 8. The transverse plate 12 ensures a separation between the interior of the boiler and an external chamber 14 collecting the combustion gases and to which is connected an exhaust duct 5.

Une tubulure 16 servant à l'introduction de l'eau froide est raccordée à la partie basse de la chaudière, à proximité de son extrémité droite, et plus particulièrement à partie inférieure droite de la virole 9. Une autre tubulure 17 est raccordée à la partie supérieure gauche de la chaudière 2 et plus particulièrement de la virole 9, pour 1 'évacuation de 1 'eau chaude. A tube 16 used for the introduction of cold water is connected to the lower part of the boiler, near its right end, and more particularly to the lower right part of the shell 9. Another tube 17 is connected to the upper left part of the boiler 2 and more particularly of the shell 9, for the evacuation of the hot water.

On voit d'après la description qui précède que les gaz chauds sont introduits dans l'ensemble intérieur 1 à travers la manchette de liaison 5. Suivant une variante,cette manchette 5 peut servir également à l'introduction du gueulard d'un bruleur. It can be seen from the foregoing description that the hot gases are introduced into the interior assembly 1 through the connecting sleeve 5. According to a variant, this sleeve 5 can also be used for the introduction of the top of a burner.

Les gaz chauds passent ensuite à travers le faisceau de tubes longitudin.lux 8 pour etre recueillis en aval dans la chambre 14 et évacués par le conduit 15. L'écoulement de ces gaz chauds s'effectue ainsi de la gauche vers la droite sur la figure 1.The hot gases then pass through the bundle of longitudinal tubes 8 to be collected downstream in the chamber 14 and evacuated through the conduit 15. The flow of these hot gases is thus carried out from left to right on the figure 1.

L'ensemble formé par les deux fonds bombés 4 et 10, lesquels sont reliés entre eux par la manchette 5, est déformable et permet d'encaisser les différences de dilatation entre l'ensemble intérieur 1 et l'ensemble extérieur 2.The assembly formed by the two domed bottoms 4 and 10, which are connected together by the cuff 5, is deformable and allows the differences in expansion between the interior assembly 1 and the exterior assembly 2 to be absorbed.

L'eau à chauffer est introduite dans la chaudière par la tubulure 16, en partie basse, à l'extrémité droite de la chaudiète. Cette eau qui s'écoule, à l'intérieur de la chaudière de la droite vers la gauche et par conséquent à contre-courant par rapportaux gaz chauds s'échauffe au contact des tubes longitudinaux 8 et de la paroi de la virole 3. L'eau chaude sort de la chaudière par la tubulure supérieure 17 prévue à l'extrémité gauche.Pour améliorer l'échange thermique, on peut prévoir additionnellement des chicanes transversales en nombre pair et au moins égal à deux. Sur la figure 1, sont représentées deux chicanes 18 et 19 qui sont constituées par des plaques transversales percées de trous alignés respectivement avec les trous 7 et 13 des plaques 6 et 12; pour le passage à travers eux des tubes longitudinaux 8.Les plaques 18,19 formant chicanes sont soudées à la virole 9 le long d'une partie seulement de sa périphérie, de manière à laisser libre des passages 20 et 21 qui sont disposés d'une manière alternée. Autrement dit, le passage 20 ménagé entre la chicane 18 et la virole 9 est prévu à la partie supérieure de la chaudière tandis que le passage 21 ménagé entre la chicane 19 et la virole 9 est à la partie inférieure de la chaudière. De cette façon, l'eau s'écoule à l'intérieur de la chaudière en suivant en quelque sorte un trajet sinusoldal imposé par les chicanes 18 et 19, ainsi qu'il est indiqué par les flèches sur la figure 1. The water to be heated is introduced into the boiler through the pipe 16, in the lower part, at the right end of the boiler. This water which flows inside the boiler from right to left and therefore against the current with respect to hot gases heats up in contact with the longitudinal tubes 8 and the wall of the shell 3. L hot water comes out of the boiler through the upper tube 17 provided at the left end. To improve the heat exchange, it is possible to additionally provide transverse baffles in even number and at least equal to two. In Figure 1, two baffles 18 and 19 are shown which are constituted by transverse plates pierced with holes aligned respectively with the holes 7 and 13 of the plates 6 and 12; for the passage through them of the longitudinal tubes 8. The plates 18, 19 forming baffles are welded to the ferrule 9 along only part of its periphery, so as to leave free passages 20 and 21 which are arranged an alternate way. In other words, the passage 20 formed between the baffle 18 and the shell 9 is provided at the upper part of the boiler while the passage 21 formed between the baffle 19 and the shell 9 is at the lower part of the boiler. In this way, the water flows inside the boiler, in a way following a sinusoldal path imposed by the baffles 18 and 19, as indicated by the arrows in Figure 1.

La figure 2 représente une variante d'exécutinn d'une chaudière suivant l'invention dans laquelle la tubulure 16 servant à l'introduction d'eau froide est située à la partie supérieure de la chaudière, toujours dans sa partie extrême droite. FIG. 2 represents a variant of the execution of a boiler according to the invention in which the tube 16 serving for the introduction of cold water is located at the upper part of the boiler, still in its extreme right part.

Dans ce cas, le nombre des chicanes est impair et au moins égal à un . Sur la figure 2 est représentée une seule chicane le. In this case, the number of baffles is odd and at least equal to one. In Figure 2 is shown a single chicane.

Dans la variante d'exécution représentée sur la figure 3, et qui concerne une chaudière d'axe vertical ,cette dernière est réalisée sensiblement de la même façon que celle illustrée sur la figure 1, sauf en ce que la plaque plane 6 est remplacée par un fond bombé 22 soudé au bord inférieur de l'a virole 3 et dont la concavité est tournée vers le haut, c'est-à-dire vers la chambre de combustion. Ce fond bombé 22 est , comme la plaque 6, percé de trous auxquels sont raccordées les extrémités supérieures des tubes de fumées 8. L 'eau froide est introduite à la partie inférieure de la chaudière, par la tubulure 16 qui est raccordée à la paroi de la virole du côté droit.L'eau suit un trajet ascenëant qui est dévié par les chicanes 18 et 19 qui s'étendent horizontalement.On voit la figure 3 que la circulation de l'eau s'effectue bien contre toute la partie convexe du fond bombé 22, au cours de son mouvement ascendan t, ce qui assure un refroidissement efficace de cette paroi. L'eau chaude est évacuée de la chaudière à la partie supérieure gauche, par la tubulure 17 raccordée à la virole 9. Les gaz de combustion introduits dans la virole intérieure 3 suivent un trajet verti cal descendant à travers les tubes longitudinaux8 et ils sont recueillis dans la chambre collectrice 14 pour être évacués de la manière indiquée précédemment. Là encore on obtient donc une circulation à contre-courant de l'eau et des gaz chauds du fait que la chambre de combustion est située au dessus des tubes de fumées 8. In the variant shown in FIG. 3, and which relates to a boiler with a vertical axis, the latter is produced substantially in the same way as that illustrated in FIG. 1, except that the flat plate 6 is replaced by a curved bottom 22 welded to the lower edge of the ferrule 3 and whose concavity is turned upwards, that is to say towards the combustion chamber. This curved bottom 22 is, like the plate 6, pierced with holes to which the upper ends of the smoke tubes 8 are connected. Cold water is introduced to the lower part of the boiler, through the tube 16 which is connected to the wall of the ferrule on the right side. The water follows an ascending path which is deflected by the baffles 18 and 19 which extend horizontally. It can be seen in FIG. 3 that the circulation of the water takes place well against the entire convex part of the convex bottom 22, during its upward movement t, which ensures effective cooling of this wall. The hot water is evacuated from the boiler at the upper left, by the tube 17 connected to the ferrule 9. The combustion gases introduced into the interior ferrule 3 follow a vertical path descending through the longitudinal tubes 8 and they are collected in the collecting chamber 14 to be evacuated in the manner indicated above. Here again, therefore, a counter-current circulation of the water and the hot gases is obtained because the combustion chamber is located above the smoke tubes 8.

On remarquera que dans toutes les formes d'exécutinn de l'invention qui ont été décrites ci-dessus, les éléments cnnstitutifs de la chaudière sont tous symétriques par rapport à l'axe longitudinal de celle-ci.Ceci est une caractéristique essentielle tant du point de vue de la répartition des effets de la dilatation que du point de vue de la facilité de construction et donc de l'abaissement du coût de fabrication. It will be noted that in all of the embodiments of the invention which have been described above, the components of the boiler are all symmetrical with respect to the longitudinal axis of the latter. This is an essential characteristic both of the from the point of view of the distribution of the effects of expansion only from the point of view of the ease of construction and therefore of the lowering of the manufacturing cost.

On remarquera également que pour faciliter l'établissement du circuit croisé du fluide chauffé à l'intérieur de la chaudière, le passage 20 qui est délimité par la première chicane 18 se préSentant sur le trajet du fluide chauffé est situé à l'opposé de l'orifice de la tubulure d'entrée 16. It will also be noted that, in order to facilitate the establishment of the crossed circuit of the heated fluid inside the boiler, the passage 20 which is delimited by the first baffle 18 appearing on the path of the heated fluid is situated opposite the orifice of the inlet pipe 16.

Claims

RE VENDI CA iONS

1. Boiler with water slide and smoke tubes comprising a

heated interior assembly arranged in an outer envelope

higher, the volume between the two sets being filled

of water to be heated, characterized in that the two sets

interior (I) and exterior (2) are integral with one another

only at two junction points, namely a point of

deformable junction (5J in contact with one end of the

combustion chamber and another rigid junction point

in contact with one end of the smoke tubes (8).

2. Boiler according to claim 1, characterized in that

the interior assembly (1) comprises a ferrule (3) which is rac

strung, on the side of the combustion gas inlet, to a bottom

convex (4) in the center of which a coaxial sleeve (5) is welded

and in that the exterior assembly 2 includes a ferrule (9)

which is welded, on the combustion gas inlet side, to

a domed bottom (10) pierced in its central part with a hole (ll)

through which the cuff (5) projects outside,

this cuff (5) being welded to the curved bottom (10) along the

edge of the hole (11).

3. Boiler according to claim 2, characterized in that

the ferrule (3) of the interior assembly (1) is welded, on the side

opposite the entry of combustion gases, at a bottom (6,22) pierced

holes (7) in which are engaged the ends of the

smoke tubes (8J extending longitudinally inside

of the boiler, the other ends of these tubes being in

or swap

gaged and welded / in holes (13) in a plate

transverse (12) which is welded to one end of the ferrule (9)

of the external assembly (2) through which the combustion gases exit.

4. Boiler according to claim 3, characterized in that

the boiler has a horizontal axis of symmetry and the bottom (6)

welded to the ferrule (3) of the interior assembly (1) is consti

killed by a flat tube plate.

5. Boiler according to claim 3, characterized in that it

the has a vertical axis of symmetry and the bottom (22) welded

to the shell (3) of the interior assembly (1) is curved, the conca

vity of this bottom being turned upwards, that is to say towards

the combustion chamber.

6. Boiler according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it comprises a tube (16) for inlet of the fluid to be heated connected to the shell (9) of the exterior assembly (2) on the side from the outlet of the heating fluid and a pipe (17) for the outlet of the heated fluid connected to the ferrule (9) on the side of the inlet of the heating fluid.

7. Boiler according to claim 6, characterized in that one or more transverse plates (18,19) forming baffles perpendicular to the axis of symmetry of the two interior (1) and exterior (2) assemblies are welded to the inside of the shell (9) of the outside assembly (1) so as to determine a cross circulation of the heated fluid and the heating fluid at the level of the convection tubular bundle (8).

8. Boiler according to claim 7, characterized in that the plates (18,19) forming baffles are welded to the ferrule (9) on a part of its periphery so as to delimit passages (20,21) for the circulation of the heated fluid.

9. Boiler according to any one of claims 7 and 8, characterized in that the inlet pipes (16) and outlet (17) of the heated fluid are located on two distinct and substantially opposite generatrices of the cylindrical body of the boiler and the latter comprises an even number of transverse baffles (18,19), at least equal to two, the passage (20) delimited by the first baffle (18) occurring on the path of the heated fluid being located opposite the orifice of the inlet pipe (16).

10. Boiler according to any one of claims 7 and 8, characterized in that the inlet pipes (16) and outlet (17) of the heated fluid are located on the same generator and the boiler has an odd number, at less than 1, baffles (18), the passage (20) delimited by the first baffle (18) being located opposite the orifice of the inlet pipe (16).