FR2612611A1

FR2612611A1 - Modular steam generator and combined fuel-burning/electrically-powered generator

Info

Publication number: FR2612611A1
Application number: FR8704246A
Authority: FR
Original assignee: Societe des Produits Nestle SA
Current assignee: Societe des Produits Nestle SA
Priority date: 1987-03-20
Filing date: 1987-03-20
Publication date: 1988-09-23
Anticipated expiration: 2007-03-20
Also published as: FR2612611B1

Abstract

The present invention relates to a modular heat generator comprising a large-sized body 1 serving as a fluid reservoir, furthermore comprising a plurality of electrically heated heater units 12, 13 having small dimensions compared to those of the body, connection pieces 10, 11 connecting, on the one hand, the heater units to the lower part of the body and, on the other hand, to the other part of the body.

Description

GENERATEUR DE VAPEUR MODULAIRE ET GENERATEUR MIXTE
A CRIBUSTIBLE/ELECTRIQUE
La présente invention concerne des générateurs de vapeur à alimentation mixte électrique/à combustible et un procédé de conversion de chaudière à combustible en chaudière mixte à combustible/électrique.MODULAR STEAM GENERATOR AND MIXED GENERATOR
A CRIBUSTIBLE / ELECTRIC
The present invention relates to steam generators with mixed electric / fuel supply and a method for converting a fuel boiler into a mixed fuel / electric boiler.

Traditionnellement, quand on veut construire un générateur de vapeur d'une certaine puissance, il convient de disposer d'un grand volume d'eau pour pouvoir absorber de brusques appels éventuels de chaleur. Par exemple, des chaudières à vapeur à tubes de fumée comprennent un corps de chauffe, généralement de forme cylindrique et de grandes dimensions ; à titre d'ordre de grandeur, on peut noter que des diamètres classiques sont de l'ordre de 1,5 à 2,5 métres, et les longueurs de l'ordre de 3 à 6 métres. Traditionally, when one wants to build a steam generator of a certain power, it is advisable to have a large volume of water to be able to absorb sudden possible calls for heat. For example, steam boilers with smoke tubes include a heating body, generally of cylindrical shape and of large dimensions; as an order of magnitude, it can be noted that conventional diameters are of the order of 1.5 to 2.5 meters, and lengths of the order of 3 to 6 meters.

Historiquement, les chaudières classiques à tubes de fumée utilisaient un combustible tel que du fioul. Celui-ci était brûlé dans un foyer intérieur à la chaudière et une multitude de tubes de fumée traversait la chaudière selon des parcours multiplets, couramment un double ou triple parcours. Ainsi, la partie interne du corps de chaudière est remplie de tubes destinés à améliorer et terminer l'échange thermique entre les gaz de combustion et l'eau contenue dans le corps de chaudière. Ces tubes sont disposés dans toute la partie de la phase eau de la chaudière.Historically, conventional smoke tube boilers used a fuel such as fuel oil. It was burned in a fireplace inside the boiler and a multitude of smoke tubes passed through the boiler along multiple paths, usually a double or triple path. Thus, the internal part of the boiler body is filled with tubes intended to improve and complete the heat exchange between the combustion gases and the water contained in the boiler body. These tubes are arranged throughout the water phase of the boiler.

Quand on a voulu réaliser des chaudières électriques de fourniture de vapeur ou d'eau chaude, on est parti du même principe de base en remplaçant les tubes de fumée par des résistances électriques en forme de barres ou plongeurs. When we wanted to make electric boilers for supplying steam or hot water, we started from the same basic principle by replacing the smoke tubes with electrical resistors in the form of bars or plungers.

De façon plus récente, étant donné que les coûts de l'électricité sont généralement modulés par les producteurs d'énergie en fonction de l'heure de la journée ou la saison de l'année et deviennent inférieurs au coût des combustibles traditionnels (fioul, gaz) durant certaines périodes, les industriels utilisant des chaudières à vapeur ont été amenés à demander des chaudières mixtes pouvant fonctionner ou bien avec un combustible, par exemple du fioul, ou bien électriquement. More recently, since electricity costs are generally modulated by energy producers according to the time of day or the season of the year and become lower than the cost of traditional fuels (fuel oil, gas) during certain periods, manufacturers using steam boilers have been led to request mixed boilers that can operate either with a fuel, for example fuel oil, or electrically.

en conséquence, les constructeurs de chaudières ont réalisé des chaudières mixtes en partant d'une chaudière optimisée pour un fonctionnement à combustible traditionnel (par exemple du fioul) et en rajoutant des résistances électriques, généralement sous forme de plongeurs de grande longueur, également immergées dans le corps de chaudière. Pour ce faire, étant donné que le volume interne d'une chaudière classique était complétement encombré de tubes de fumée, les constructeurs ont été amenés à augmenter le diamètre du corps de chaudière pour disposer des thermoplongeurs à la périphérie du cylindre de dimension augmentée, tout en maintenant sensiblement inchangé le circuit de gaz de la partie de chauffage à combustible.Ainsi, si l'on part par exemple d'une chaudière à combustible optimisée se présentant sous forme d'un cylindre d'un diamètre de 2 mètres, et que l'on souhaite fabriquer une chaudière à usage mixte, électrique/combustible, on est amené à un cylindre de chaudière d'un diamètre de 2,50 à 2,70 mètres. D'autre part, étant donné les très nombreuses ouvertures et accès à la chaudière prévus du côté où se fait l'arrivée du combustible, on est amené à disposer les entrés des thermoplongeurs du côté opposé des accès au bloc de chauffe. Consequently, the manufacturers of boilers have produced mixed boilers starting from a boiler optimized for traditional fuel operation (for example fuel oil) and by adding electrical resistances, generally in the form of very long plungers, also immersed in the boiler body. To do this, given that the internal volume of a conventional boiler was completely cluttered with smoke tubes, the builders had to increase the diameter of the boiler body to have immersion heaters at the periphery of the cylinder of increased size, all keeping the gas circuit of the fuel heating part substantially unchanged. Thus, if one starts, for example, from an optimized fuel boiler in the form of a cylinder with a diameter of 2 meters, and one wishes to manufacture a boiler for mixed use, electric / fuel, one is brought to a boiler cylinder with a diameter of 2.50 to 2.70 meters. On the other hand, given the very numerous openings and access to the boiler provided on the side where the fuel arrives, it is necessary to arrange the inputs of the immersion heaters on the opposite side of the accesses to the heating block.

Une telle solution conduit à de nombreux inconvénients liés, d'une part à des considérations de coût, d'autre part à des considérations d'encombrement. Such a solution leads to numerous drawbacks linked, on the one hand to cost considerations, on the other hand to considerations of bulk.

Du point de vue des coûts, l'un des facteurs importants du coût d'une chaudière réside dans le coût du corps contenant la réserve d'eau et la vapeur. L'augmentation du diamètre de ce corps entraîne une augmentation de coût importante, liée, d'une part, directement à l'augmentation des dimensions, d'autre part, au fait que l'épaisseur des tôles utilisées augmente avec le diamètre pour pouvoir résister à la pression interne. From a cost perspective, one of the important factors in the cost of a boiler is the cost of the body containing the water and steam supply. The increase in the diameter of this body leads to a significant increase in cost, linked, on the one hand, directly to the increase in dimensions, on the other hand, to the fact that the thickness of the sheets used increases with the diameter to be able withstand internal pressure.

En ce qui concerne l'encombrement du système, il faut tenir compte, d'abord, de l'encombrement direct lié à l'augmentation du diamètre du corps de chauffe et, ensuite et peut-être surtout, de la place qu'il est nécessaire de prévoir pour assurer l'entretien de la chaudière. Notamment, il faut pouvoir remplacer, d'une part, les divers tubes de fumée, d'autre part, les résistances électriques. Du fait que les tubes de fumée et les thermoplongeurs sont disposés de part et d'autre de la chaudière, il faut prévoir un local permettant un dégagement d'un coté de la chaudière sensiblement de la longueur de la chaudière pour dégager les tubes de fumée et de l'autre côté de la chaudière d'une même longueur, c'est-à-dire que l'on en arrive à devoir prévoir un local ayant trois fois la longueur de la chaudière. Regarding the size of the system, we must take into account, first, the direct size related to the increase in the diameter of the heater body, and then and perhaps especially, the space it is necessary to plan to ensure the maintenance of the boiler. In particular, it must be possible to replace, on the one hand, the various smoke tubes, on the other hand, the electrical resistances. Because the smoke tubes and immersion heaters are arranged on either side of the boiler, it is necessary to provide a room allowing a clearance on one side of the boiler substantially the length of the boiler to release the smoke tubes and on the other side of the boiler of the same length, that is to say that it comes to having to provide a room having three times the length of the boiler.

Ainsi, en plus des problèmes propres d'encombrement et de coût de la chaudière, se posent pour l'utilisateur des problèmes liés au local qu'il doit réserver à la centrale de chauffe. Thus, in addition to the specific problems of space and cost of the boiler, problems arise for the user linked to the room which he must reserve for the heating plant.

De façon générale, pour l'utilisateur, le problème se pose en termes de remplacement, à savoir qu'il dispose déjà d'une chaudière à combustible et qu'il souhaite la remplacer par une chaudière mixte de même puissance pour profiter du faible tarif de l'électricité à certaines périodes de l'année ou de la journée. Generally, for the user, the problem arises in terms of replacement, namely that he already has a fuel boiler and that he wishes to replace it with a mixed boiler of the same power to take advantage of the low price. electricity at certain times of the year or day.

S'il doit, d'une part, acquérir une nt -elle chaudière couteuse, d'autre part, transformer ses locaux, ceci constitue pour lui un investissement qui peut le faire reculer.If he must, on the one hand, acquire an expensive boiler, on the other hand, transform his premises, this constitutes for him an investment which can make him back down.

Ainsi, un objet de la présente invention est de prévoir un nouveau type de chaudière biénergie (à combustible et/ou électrique) permettant de réutiliser une chaudière à combustible existante. Thus, an object of the present invention is to provide a new type of dual-energy boiler (fuel and / or electric) making it possible to reuse an existing fuel boiler.

Un autre objet de la présente invention est de prévoir une telle chaudière mixte à combustible/électrique dont l'encombrement ne soit pas excessif par rapport à une chaudière simple à combustible. Another object of the present invention is to provide such a mixed fuel / electric boiler whose bulk is not excessive compared to a simple fuel boiler.

Un autre objet de la présente invention est de prévoir un procédé de conversion d'une chaudière à combustible existante en chaudière mixte à combustible/électrique. Another object of the present invention is to provide a method for converting an existing fuel boiler into a mixed fuel / electric boiler.

Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un générateur de vapeur modulaire comprenant un corps de grande dimension servant de réservoir d'eau et de vapeur, comprenant en outre une pluralité de blocs de chauffe à chauffage électrique de petites dimensions devant celles du corps, des tubulures reliant les blocs de chauffe d'une part à la partie inférieure du corps (phase eau), d'autre part à la partie supérieure du corps (phase vapeur). To achieve these and other objects, the present invention provides a modular steam generator comprising a large body serving as a water and steam tank, further comprising a plurality of small electric heating blocks in front of those of the body, pipes connecting the heating blocks on the one hand to the lower part of the body (water phase), on the other hand to the upper part of the body (vapor phase).

Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, dans ce générateur de vapeur chaque bloc de chauffe comprend une résistance électrique sous forme d'un thermoplongeur disposée dans une enveloppe cylindrique remplie d'eau, allongée et de petit volume devant celui du corpus. According to a preferred embodiment of the present invention, in this steam generator each heating block comprises an electrical resistance in the form of an immersion heater arranged in a cylindrical envelope filled with water, elongated and of small volume in front of that of the corpus.

Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, le corps de grande dimension susmentionné est un corps de chaudière à combustible solide, liquide ou gazeux. According to a preferred embodiment of the present invention, the aforementioned large body is a solid, liquid or gaseous fuel boiler body.

Selon un autre aspect, la présente invention prévoit un procédé de transformation d'un générateur de vapeur à combustible en générateur mixte à combustible/électrique, comprenant les étapes suivantes : mettre en place une chaudière à combustible classique, ouvrir dans la partie inférieure du corps de chaudière (phase eau) au moins une ouverture raccordée à une tubulure inférieure, ouvrir dans la partie supérieure du corps de chaudière (phase vapeur) au moins une ouverture raccordée à une tubulure supérieure, et raccorder entre ladite au moins une tubulure inférieure et ladite au moins une tubulure supérieure au moins un bloc de chauffe électrique. According to another aspect, the present invention provides a method for transforming a fuel steam generator into a mixed fuel / electric generator, comprising the following steps: setting up a conventional fuel boiler, opening in the lower part of the body boiler (water phase) at least one opening connected to a lower tube, open in the upper part of the boiler body (vapor phase) at least one opening connected to an upper tube, and connect between said at least one lower tube and said at least one upper tube at least one electric heater block.

Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention sont exposés plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles
la figure 1 représente très schématiquement une vue
de côté d'un corps de chaudière à tubes de fumée et à foyer intérieur ; et
la figure 2 représente très schématiquement une vue de face d'une chaudière selon la présente invention.These objects, characteristics and advantages as well as others of the present invention are explained in more detail in the following description of particular embodiments made in relation to the attached figures, among which
Figure 1 very schematically shows a view
side view of a boiler body with smoke tubes and an internal hearth; and
FIG. 2 very schematically represents a front view of a boiler according to the present invention.

Comme le représentent très schématiquement la figure 1, une chaudière à foyer interne -et-à tubes de fumée comprend un corps cylindrique de grande dimension 1. Ce corps cylindrique 1 peut correspondre à une chaudière à vapeur à combustible classique, par exemple du fioul ou du gaz brûlant dans un foyer interne 2, les fumées circulant en aller (3) et retour (4) par de très nombreux tubes de fumée 5 en relation d'échange thermique avec la phase liquide de la chaudière. As shown very diagrammatically in FIG. 1, a boiler with an internal hearth -and-with smoke tubes comprises a large cylindrical body 1. This cylindrical body 1 may correspond to a conventional fuel steam boiler, for example fuel oil or gas burning in an internal hearth 2, the fumes flowing in and out (3) and back (4) through very many smoke tubes 5 in heat exchange relationship with the liquid phase of the boiler.

Selon la présente invention, on prévoit dans cette chaudière des ouvertures inférieures 10 et des ouvertures supérieures 11 reliées à des tubulures. La liaison entre des tubulures inférieures et supérieures 10 et 11 respectives est assurée par l'intermédiaire de blocs de chauffe horizontaux 12 ou verticaux 13. A la droite de la chaudière, en figure 2, on a représenté un bloc de chauffe électrique horizontal 12 et, à la gauche de la chaudière, on a représenté un bloc de chauffe électrique vertical 13. Bien entendu, plusieurs blocs de chauffe horizontaux ou verticaux pourraient être disposés en parallèle. According to the present invention, there are provided in this boiler lower openings 10 and upper openings 11 connected to pipes. The connection between respective lower and upper tubes 10 and 11 is ensured by means of horizontal heating blocks 12 or vertical 13. On the right of the boiler, in FIG. 2, a horizontal electric heating block 12 is shown and , to the left of the boiler, there is shown a vertical electric heating block 13. Of course, several horizontal or vertical heating blocks could be arranged in parallel.

Un bloc de chauffe électrique est essentiellement constitué d'une enceinte cylindrique rem, ie d'eau circulant entre les canalisations 10 et 11 et dans laquelle est plongé un thermoplongeur constitué d'une résistance chauffante électrique. An electric heating block essentially consists of a cylindrical enclosure rem, ie of water circulating between the pipes 10 and 11 and in which is immersed an immersion heater consisting of an electric heating resistor.

Les avantages de la disposition illustrée en figure 2 sont multiples. The advantages of the arrangement illustrated in FIG. 2 are multiple.

D'une part, ceci permet pour un industriel désirant s'équiper d'une chaudière mixte de continuer à utiliser sa chaudière existante à combustible traditionnel en rajoutant seulement des ouvertures supérieures et inférieures en nombre suffisant pour raccorder par des brides les blocs de chauffe électriques selon l'invention. Etant donné les normes couramment utilisées pour les locaux de chaufferie, les blocs de chauffe selon l'invention tiennent parfaitement dans les locaux initialement prévus. On the one hand, this allows for an industrialist wishing to equip himself with a mixed boiler to continue to use his existing traditional fuel boiler by adding only upper and lower openings in sufficient number to connect the electrical heating blocks with flanges. according to the invention. Given the standards commonly used for boiler rooms, the heating blocks according to the invention fit perfectly in the rooms initially provided.

D'autre part, en ce qui concerne le démontage, il est généralement prévu au dessus des chaudières existantes une hauteur au moins égale à une hauteur d'homme ce qui permet de sortir et de rentrer les thermoplongeurs verticaux. D'autre part, en ce qui concerne les thermoplongeurs horizontaux, il est possible de ménager leur démontage d'abord sur le côté de la chaudière et ensuite du même côté que le côté de démontage des tubes de fumée et la place existante est donc suffisante.On the other hand, with regard to disassembly, there is generally provided above the existing boilers a height at least equal to a human height which allows to exit and return the vertical immersion heaters. On the other hand, with regard to horizontal immersion heaters, it is possible to arrange their dismantling first on the side of the boiler and then on the same side as the dismantling side of the smoke tubes and the existing space is therefore sufficient. .

Un autre avantage de la présente invention est que les résistances sont toujours convenablement immergées dans l'eau de circulation entre la phase liquide et la phase vapeur. Ainsi, dans le corps de chaudière principal, il n'est pas nécessaire de prévoir une régulation de niveau très précise car, même si le niveau d'eau baisse beaucoup, le système fonctionnera toujours aussi bien. Another advantage of the present invention is that the resistors are always suitably immersed in the circulating water between the liquid phase and the vapor phase. Thus, in the main boiler body, it is not necessary to provide a very precise level regulation because, even if the water level drops a lot, the system will still work as well.

Un autre avantage de la présente invention est qu'elle fournit un générateur mixte pouvant fonctionner avec un combustible traditionnel et (et pas seulement ou) avec un chauffage électrique. Ceci permet d'augmenter temporairement, en présence de pointes de demande, la puissance d'un générateur dimensionné pour une demande moyenne. Another advantage of the present invention is that it provides a mixed generator which can operate with conventional fuel and (and not only or) with electric heating. This makes it possible to temporarily increase, in the presence of demand peaks, the power of a generator sized for an average demand.

La présente invention a été décrite ci-dessus dans le cadre de son application à une chaudière à tubes de fumée et à foyer interne car c'était avec de telles chaudières que l'on avait réalisé des chaudières mixtes dans l'art antérieur, à la connaissance de l'inventeur. Toutefois, il est clair que la présente invention peut s'appliquer à tout type de chaudière à combustible classique c'est-è-dire notamment aux chaudières a foyer interne ou externe et aussi bien aux chaudières à tubes d'eau qu'aux chaudières à tubes de fumée. L'homme de l'art appliquera, sans effort inventif, la présente invention à ces diverses applications. Par exemple, dans le cas d'une chaudière à tubes d'eau, au lieu d'un corps unique de grande dimension, il existe généralement un réservoir inférieur et un réservoir supérieur reliés par des tubes d'eau chauffés par la flamme et les fumées ; les blocs de chauffe électriques selon l'invention seront reliés entre les réservoirs inférieur et supérieur. De même, les blocs de chauffe électriques peuvent prendre toute forme classique. The present invention has been described above in the context of its application to a boiler with smoke tubes and an internal hearth because it was with such boilers that mixed boilers had been produced in the prior art, with knowledge of the inventor. However, it is clear that the present invention can be applied to any type of conventional fuel boiler, that is to say in particular to boilers with an internal or external hearth and to both water tube boilers and boilers with smoke tubes. Those skilled in the art will apply the present invention, without any inventive effort, to these various applications. For example, in the case of a water tube boiler, instead of a single large body, there is generally a lower tank and an upper tank connected by water tubes heated by the flame and the fumes; the electric heating blocks according to the invention will be connected between the lower and upper tanks. Likewise, electric heating blocks can take any conventional form.

Claims

1. Modular thermal generator comprising a large body (1) serving as a fluid reservoir, characterized in that it further comprises a plurality of electrically heated heating blocks (12, 13) of small dimensions in front of those of the body , pipes (10, 11) connecting the heating blocks on the one hand to the lower part of the body, on the other hand to the upper part of the body, and in that said body is a boiler with solid, liquid or gaseous.

2- thermal generator according to claim 1, characterized in that it constitutes a steam boiler, the lower pipes opening into the water phase and the upper pipes in the vapor phase.

3. Thermal generator according to claim 1, characterized in that each heating block (12, 13) comprises an electrical resistance in the form of an immersion heater arranged in a cylindrical envelope filled with water, elongated and of small volume in front of that of the body.

4. Thermal generator according to '- claim 3, characterized in that each of the cylindrical auffe blocks is arranged vertically.

5. A thermal generator according to any one of claims 1 to 4, characterized in that at least some of said blocks are connected in parallel.

6. A thermal generator according to any one of claims 1 to 5, characterized in that said fuel boiler is of the type with multi-pass smoke tubes.

7. A thermal generator according to any one of claims 1 to 5, characterized in that said boiler is of the water tube type, said lower part of the body corresponding to the lower tank of the boiler and said upper part of the body corresponding to the tank top of the boiler.

8. Method for transforming a thermal fuel generator into a mixed fuel / electric generator, characterized in that it comprises the following steps

- set up a conventional fuel boiler,

- open in the lower part of the boiler body at least one opening connected to a lower pipe,

- open in the upper part of the boiler body at least one opening connected to an upper pipe, and

- Connect between said at least one lower tubing and said at least one upper tubing at least one electric heater block.