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" Perfectionnements aux foyers chauffés au charbon pulvérisé ".
L'invention faisant l'objet du présent brevet a trait à des perfectionnements au chauffage industriel au charbon pulvérisé, et, plus particulièrement, aux foyers de ce genre pour tous usages, notamment pour le ohauffage des chaudières à vapeur, comportant, entre la chambre de combustion et le cendrier, un écran réfrigérant tubulaire à circulation d'eau destiné, en premier lieu, à provoquer, par absorption de leur chaleur rayonnée, la solidification des particules de cendre fondue tombant de la flamme vers le cendrier, alors
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que lesdites particules sont encore en suspension dans l'at- mosphère du foyer ; en second lieu, à maintenir lesdites cendres à l'état solide et pulvérulent, lorsqu'elles se sont déposées dans le cendrier.
L'invention a pour but principal d'améliorer le fonctionnement des foyers du genre en question, en augmentant, d'une part, la résistance au feu des tubes de l'écran réfrigérant; d'autre part, le pouvoir réfrigérant desdits tubes; et enfin, en rendant sensiblement automatique le nettoyage dudit écran.
Dans les foyers du genre décrit, les tubes de l'écran réfrigérant sont, comme tous les tubes de la chaudière et des faisceaux tubulaires latéraux exposés, comme eux, au rayonnement direct de la flamme, le siège d'une vaporisation intense. Mais les conditions de fonctionnement des tubes d'écran diffèrent de celles des tubes de la chaudière et des parois du foyer sur un point fondamental.
Alors que, dans les tubes dits Il de coup de feu " de la chaudière comme dans les tubes muraux, le renouvellement des couches d'eau en contact avec la paroi chauffée se fait automatiquement, et presque instantanément après le départ de la vapeur dégagée, dans les tubes de l'écran, au contraire, la vapeur s'accumule et chemine dans la partie supérieure du tube, c'est-à-dire contre la paroi recevant toute la chaleur rayonnée par la flamme, tandis que l'eau n'y accède qu'accidentellement, par le jeu de la turbulence, et souvent pas du tout.
La chaleur rayonnée sur la partie supérieure du tube s'évacue donc en partie vers la vapeur qui baigne cette partie intérieurement, et en partie, par conduction le long de la circonférence du tube, vers les parties de la paroi baignées par l'eau. Or du fait que le taux de transmission de chaleur de la paroi métallique à la vapeur est déjà beau-
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coup plus faible que du métal à l'eau, et surtout, que la paroi métallique baignée par la vapeur ne bénéficie pas du refroidissement intense produit par l'absorption par l'eau de sa chaleur latente de vaporisation, l'évacuation de la chaleur absorbée par la face supérieure des tubes d'écran est beaucoup plus lente que dans les tubes de coup de feu de la chaudière.
Il s'en suit que, du moins lorsque.ces tubes sont propres, la partie supérieure de leur paroi prend une température beauooup plus élevée que oelle des autres tubes, et s' en trouve mécaniquement affaiblie.
On a remarqué, en effet, d'abord, que les tubes de 1' écran ont presque toujours tendance à prendre une flèche marquée, surtout quand ils ont une longueur considérable; ensuite, que les éclatements qui se produisent parfois parmi eux ont toujours lieu par déchirure de la paroi supérieure et sensiblement suivant une de ses génératrices.
L'invention corrige ce défaut en renforçant la partie . supérieure de la paroi des tubes d'écran. De plus, par la distribution particulière du métal servant à renforcer les tubes, elle oorrige en même temps un défaut secondaire dans le fonctionnement des tubes d'écran tels qu'ils ont été con- çus jusqu'à ce jour.
Il est bien connu, en effet, que, dans un foyer chauffé au oharbon pulvérisé et muni d'un écran réfrigérant tubulaire, une fraotion importante des cendres qui tombent directement sur lesdits tubes y adhère et s'y entasse. En peu de temps, la couche de cendres sur les tubes atteint une épaisseur telle que le tube ne peut plus en refroidir la surface. Les oendres fondent alors superficiellement, imprègnent les couches sous-jaoentes qui se figent ensuite en une masse assez résistante, qui ne peut être délogée qu'au moyen d'un ringard,
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opération très incommode dans des foyers qui peuvent avoir six à huit mètres de profondeur.
Il est à remarquer qu'à partir du moment où la couche de cendres devient suffisante pour calorifuger la face supérieure des tubes de l'écran, ce dernier perd tout son effet réfrigérant sur les particules en suspension dans la chambre elle-même, et la solidification desdites particules ne se fait plus que tardivement, et souvent imparfaitement, dans le cendrier lui-même.
L'invention consiste essentiellement à donner aux tubes d'écran une section telle qu'elle présente une arête tournée vers la flamme, ladite arête étant suffisamment vive pour n'offrir aux cendres qu'une surface d'appui négligeable.
Comme caractéristique secondaire et facultative, ladite arête peut être flanquée de surfaces métalliques suffisamment inclinées pour que les cendres tendent à glisser dessus et à tomber dans le cendrier, au lieu d'y séjourner comme elles le feraient sur une surface cylindrique.
L'invention sera bien comprise au moyen de la description qui suit et des dessins qui l'accompagnent.
Dans ces dessins :
La figure 1 représente, en coupe, la partie inférieure d'un foyer de chaudière munie d'un écran réfrigérant suivant l'invention.
Les figures 2, 3 et 4 montrent, en coupe suivant la ligne II - II de la figure 1, et uniquement à titre d'exemple, quelques modes de réalisation de l'invention.
Dans la figure 1, A est la chambre de combustion et B le cendrier, d'un foyer de chaudière chauffée au charbon pulvérisé. Un écran tubulaire composé de tubes 1, préférablement inclinés légèrement pour faciliter le dégagement de la vapeur, sépare la chambre A du cendrier B. Des moyens appro-
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priés sont prévus pour établir une circulation d'eau ou de vapeur dans lesdits tubes. A titre d'exemple, on peut dudgeonner les extrémités desdits tubes 1 dans des collecteurs d'ali- mentation et de dégagement 3, reliés eux-mêmes avec les corps de la chaudière d'une façon quelconque, par exemple par des tubes d'alimentation 4 et de dégagement 5.
De même, les collecteurs et 3 peuvent être reliés respectivement à des faisceaux de tubes tapissant intérieurement les parois de la chambre de combustion. On peut également remplacer les collecteurs 2 et 3 par de simples boîtes de jonotion reliant, par exemple, un tube d'écran aveo un ou plusieurs tubes muraux. Enfin, on peut même éliminer l'un ou l'autre des oollecteurs, ou les deux, en prolongeant le tube d'écran le long de l'une ou des deux parois du foyer, auquel cas seule la partie du tube formant l'écran de cendrier pourrait comporter l'arête tournée vers la flamme décrite ci-dessus.
Il est également possible d'agencer l'éoran de cendrier comme économiseur, en l'insérant entre la pompe d'alimentation et la chaudière,; et même comme surchauffeur à rayonnement, en le faisant parcourir uniquement par de la vapeur.
Enfin, on peut le rendre complètement indépendant de la ohaudière, en l'alimentant au moyen d'une pompe spéciale et en évaouant l'eau chaude ou la vapeur produites pour des usages quelconques.
Dans les modes de réalisation indiquéis, à titre d'exemple, dans les figures 2, 3 et 4, on remarquera surtout l' arête 9 tournée vers la flamme, qui constitue la oaraotéristique principale de l'invention, ainsi que les surfaces in- clinées qui en sont une caractéristique facultative.
Dans la figure 2, l'invention est réalisée en rapportant sur la face supérieure du tube 1, par exemple par soudure, une pièce 9 de section telle qu'elle présente l'arête
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7 au feu. La pièce 9 peut avantageusement être conformée pour épouser la surface du tube en sa partie oentrale 10, et comporter sur ses flancs un biseau de chaque côté pour ménager la place pour le métal d'apport 11. On devra, naturellement, prévoir pour la soudure 11 proprement dite une section suffisante pour assurer l'écoulement facile de la chaleur reçue par la pièce 9 vers les parois du tube 1.
La pièce 9 peut être oontinue sur toute la longueur du tube 1, comme indiqué dans la figure 1, ou être divisée en tronçons de longueur appropriée, dans le but de réduire les effets du retrait du métal d'apport. Dans le cas où la pièce 9 est continue, il pourra être utile, dans certains cas, de donner au tube 1 une oourbure initiale appropriée, par exemple une certaine convexité de la face supérieure sur laquelle doit s'effectuer la soudure, afin que le retrait du métal d'apport ait pour effet de redresser ledit tube. Les contraintes internes du métal résultant de l'opération de soudure s'atténueront rapidement après la mise en service du tube, sous l'action de la chaleur du foyer.
Les réalisations indiquées dans les figures 3 et 4 sont obtenues par laminage ou étirage du tube sur mandrin, en partant d'une ébauche de forme appropriée. Dans ces réalisations, la masse de métal formant l'arête 7 et les surfaces 8 fait corps avec la paroi du tube.
La réalisation de la figure 4 a le désavantage d'exiger un poids de métal beaucoup plus élevé que les autres, mais l'avantage très net de présenter au rayonnement à la fois des cendres en suspension dans la chambre et à celles qui reposent déjà dans le cendrier des surfaces absorbantes de 73 % plus étendues que dans les cas précédents. Il est donc possible que l'on puisse, dans ce cas, augmenter notablement l'écartement des tubes de l'écran et en diminuer
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proportionnellement le nombre.
D'autre part, on 'peut obtenir une section réduisant notablement le poids de métal exigé par la réalisation de la figure 4, en coupant les arêtes inférieures suivant les lignes pointillées 12. On sacrifierait ainsi une partie importante de la surface absorbante du tube.
Enfin, une forme de réalisation de l'invention qui n'a pas été représentée dans les dessins consisterait à remplacer la pièce rapportée 9 de la figure 8 par une simple ailette longitudinale verticale à faces parallèles, soudée au tube suivant une méthode connue. De même, on pourrait rapporter une ailette semblable sur la face inférieure. Le but de ces ailettes serait principalement de donner de la rigidité au tube, car l'effet de renforcement de la paroi du tube serait à peu près négligeable.
Dans les réalisations indiquées dans les figures 3 et 4, si l'on désire dudgeonner les tubes dans les collecteurs il faudra en tourner les extrémités, pour leur donner une surface extérieure cylindrique. Toutefois, on pourrait réaliser la liaison entre le tube et le collecteur de toute autre manière, par exemple, par soudure.
Il est à remarquer, dans les réalisations indiquées dans les figures 2, 3 et 4, d'abord, que la face du tube d'écran exposée au rayonnement direct de la flamme a été renforcée à tel point que les éclatements dans cette région deviennent impossibles; ensuite, que la rigidité du tube a été considérablement augmentée; et finalement, que les surfaces destinées à absorber le rayonnement des particules de cendre restent'automatiquement propres.
Il est évident que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux formes de réalisation décrites et représentées dans les dessins, sans pour cela sortir du cadre de
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l'invention. A titre d'exemple, la forme du canal intérieur des tubes d'écran peut n'être pas circulaire. Il suffirait pour cela de changer la forme du mandrin. De même, un tube suivant l'invention pourrait être réalisé en déformant convenablement, à chaud ou à froid, un tube de section circulaire à l'origine. Il suffit, pour réaliser l'invention, que l'écran comporte des tubes présentant chacun, en section, une arête orientée vers la flamme du foyer.
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"Improvements to fireplaces heated with pulverized coal".
The invention which is the subject of the present patent relates to improvements in industrial heating with pulverized coal, and, more particularly, to hearths of this type for all uses, in particular for heating steam boilers, comprising, between the chamber of combustion and the ashtray, a tubular cooling screen with water circulation intended, first of all, to cause, by absorption of their radiated heat, the solidification of the particles of molten ash falling from the flame towards the ashtray, then
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that said particles are still in suspension in the atmosphere of the hearth; secondly, to maintain said ashes in a solid and pulverulent state, when they are deposited in the ashtray.
The main object of the invention is to improve the operation of fireplaces of the type in question, by increasing, on the one hand, the fire resistance of the tubes of the cooling screen; on the other hand, the cooling power of said tubes; and finally, by making the cleaning of said screen substantially automatic.
In the fireplaces of the type described, the tubes of the cooling screen are, like all the tubes of the boiler and of the lateral tube bundles exposed, like them, to the direct radiation of the flame, the seat of an intense vaporization. But the operating conditions of the screen tubes differ from those of the boiler tubes and the walls of the fireplace on a fundamental point.
Whereas, in the so-called Il firing tubes of the boiler as in the wall tubes, the renewal of the water layers in contact with the heated wall takes place automatically, and almost instantaneously after the departure of the released steam, in the tubes of the screen, on the contrary, the vapor accumulates and travels in the upper part of the tube, that is to say against the wall receiving all the heat radiated by the flame, while the water does not 'access it only accidentally, by the play of turbulence, and often not at all.
The heat radiated on the upper part of the tube is therefore partly evacuated to the vapor which bathes this part internally, and in part, by conduction along the circumference of the tube, to the parts of the wall bathed in water. However, the fact that the rate of heat transmission from the metal wall to the steam is already much
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blow weaker than metal to water, and above all, that the metal wall bathed by steam does not benefit from the intense cooling produced by the absorption by water of its latent heat of vaporization, the evacuation of the heat absorbed by the upper face of the screen tubes is much slower than in the boiler shot tubes.
It follows that, at least when these tubes are clean, the upper part of their wall takes a much higher temperature than that of the other tubes, and is thereby mechanically weakened.
It was noticed, in fact, first of all, that the tubes of the screen almost always have a tendency to take a marked deflection, especially when they are of considerable length; second, that the bursts which sometimes occur among them always take place by tearing of the upper wall and substantially following one of its generatrices.
The invention corrects this defect by strengthening the part. top of the screen tube wall. Moreover, by the particular distribution of the metal serving to reinforce the tubes, it corrects at the same time a secondary defect in the functioning of the screen tubes as they have been designed to date.
It is well known, in fact, that, in a hearth heated with pulverized coal and provided with a tubular cooling screen, a significant amount of ash which falls directly on said tubes adheres to it and accumulates therein. In a short time, the layer of ash on the tubes reaches such a thickness that the tube can no longer cool the surface. The ashes then melt superficially, impregnate the underlying layers which then solidify into a fairly strong mass, which can only be dislodged by means of a corny,
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a very inconvenient operation in homes which may be six to eight meters deep.
It should be noted that from the moment when the layer of ash becomes sufficient to insulate the upper face of the tubes of the screen, the latter loses all its cooling effect on the particles in suspension in the chamber itself, and the solidification of said particles only takes place late, and often imperfectly, in the ashtray itself.
The invention essentially consists in giving the screen tubes a section such that it has an edge facing the flame, said edge being sufficiently sharp to provide the ash with only a negligible bearing surface.
As a secondary and optional feature, said ridge may be flanked by sufficiently sloped metal surfaces that the ashes tend to slide over it and fall into the ashtray, instead of staying there as they would on a cylindrical surface.
The invention will be well understood by means of the following description and the accompanying drawings.
In these drawings:
FIG. 1 represents, in section, the lower part of a boiler hearth provided with a cooling screen according to the invention.
Figures 2, 3 and 4 show, in section along the line II - II of Figure 1, and only by way of example, some embodiments of the invention.
In figure 1, A is the combustion chamber and B the ashtray, of a boiler hearth heated with pulverized coal. A tubular screen composed of tubes 1, preferably slightly inclined to facilitate the release of the steam, separates the chamber A from the ashtray B. Appropriate means
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required are provided to establish a circulation of water or steam in said tubes. By way of example, it is possible to expand the ends of said tubes 1 in supply and release manifolds 3, themselves connected with the bodies of the boiler in any way, for example by tubes of. feed 4 and release 5.
Likewise, the collectors and 3 can be respectively connected to bundles of tubes internally lining the walls of the combustion chamber. It is also possible to replace the collectors 2 and 3 by simple junction boxes connecting, for example, a screen tube with one or more wall tubes. Finally, one or the other of the collectors, or both, can even be eliminated by extending the screen tube along one or both walls of the hearth, in which case only the part of the tube forming the ashtray screen could have the ridge facing the flame described above.
It is also possible to arrange the ashtray as an economizer, by inserting it between the feed pump and the boiler; and even as a radiant superheater, by making it travel only by steam.
Finally, it can be made completely independent of the boiler, by feeding it by means of a special pump and by evaouating the hot water or the steam produced for any use.
In the embodiments indicated, by way of example, in FIGS. 2, 3 and 4, we will especially notice the edge 9 facing the flame, which constitutes the main araoteristic of the invention, as well as the internal surfaces. clinées which are an optional feature.
In FIG. 2, the invention is carried out by fitting on the upper face of the tube 1, for example by welding, a part 9 of section such that it has the edge
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7 to fire. The part 9 can advantageously be shaped to match the surface of the tube in its central part 10, and include on its flanks a bevel on each side to leave room for the filler metal 11. It will, of course, be necessary to provide for welding. 11 itself a sufficient section to ensure the easy flow of the heat received by the part 9 towards the walls of the tube 1.
Part 9 may be continuous along the entire length of tube 1, as shown in Figure 1, or be divided into sections of appropriate length, in order to reduce the effects of filler metal shrinkage. In the case where the part 9 is continuous, it may be useful, in certain cases, to give the tube 1 an appropriate initial curvature, for example a certain convexity of the upper face on which the welding is to be carried out, so that the withdrawal of the filler metal has the effect of straightening said tube. The internal stresses of the metal resulting from the welding operation will decrease quickly after the tube is put into service, under the action of the heat from the hearth.
The embodiments shown in Figures 3 and 4 are obtained by rolling or drawing the tube on a mandrel, starting from a blank of suitable shape. In these embodiments, the mass of metal forming the edge 7 and the surfaces 8 is integral with the wall of the tube.
The embodiment of Figure 4 has the disadvantage of requiring a much higher weight of metal than the others, but the very clear advantage of presenting to the radiation both ashes suspended in the chamber and those already lying in the chamber. the ashtray absorbent surfaces 73% larger than in the previous cases. It is therefore possible that we can, in this case, significantly increase the spacing of the tubes of the screen and reduce it.
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proportionately the number.
On the other hand, it is possible to obtain a section which significantly reduces the weight of metal required by the embodiment of FIG. 4, by cutting the lower ridges along the dotted lines 12. This would sacrifice a large part of the absorbent surface of the tube.
Finally, an embodiment of the invention which has not been shown in the drawings would consist in replacing the insert 9 of FIG. 8 by a simple vertical longitudinal fin with parallel faces, welded to the tube according to a known method. Likewise, we could add a similar fin on the underside. The purpose of these fins would be primarily to give rigidity to the tube, since the effect of strengthening the tube wall would be almost negligible.
In the embodiments shown in Figures 3 and 4, if it is desired to expand the tubes in the collectors, the ends will have to be turned to give them a cylindrical outer surface. However, the connection between the tube and the collector could be made in any other way, for example by welding.
It should be noted, in the embodiments shown in Figures 2, 3 and 4, first of all, that the face of the screen tube exposed to the direct radiation of the flame has been reinforced to such an extent that the bursts in this region become impossible; secondly, that the rigidity of the tube has been considerably increased; and finally, that the surfaces intended to absorb the radiation from the ash particles remain automatically clean.
It is obvious that many modifications can be made to the embodiments described and shown in the drawings, without going beyond the scope of
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invention. By way of example, the shape of the inner channel of the screen tubes may not be circular. It would suffice for this to change the shape of the mandrel. Likewise, a tube according to the invention could be produced by suitably deforming, hot or cold, a tube of originally circular section. It suffices, in order to carry out the invention, for the screen to include tubes each having, in section, an edge oriented towards the flame of the hearth.