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PERFECTIONNEMENTS-AUX APPAREILS DE COMBUSTION.
Cette invention concerne des appareils de combustion et particu- lièrement des foyers cyclones du type comportant une chambre de combustion de section transversale approximativement circulaire et une chambre de brûleur ou d'entrée de combustible et d'air de section transversale aussi approximative- ment circulaire,pourvue de dispositifs destinés à y introduire tangentielle-' ment ou à peu près tangentiellement un courant d'air primaire et de combustible à production de cendres et.possédant à une extrémité une sortie s'ouvrant dans l'extrémité de la chambre de combustion opposée à l'extrémité de sortie de cet- te dernière.
Un tel foyer convient spécialement à remploi de charbons pauvres, c'est-à-dire à des charbons ayant une teneur relativement élevée en cendres à basse température de fusion, le charbon étant d'abord broyé ou réduit d'une autre manière en particules de dimensions relativement petites.
En fonctionnement, le charbon et l'air préalablement chauffé sont introduits dans la chambre de combustion, refroidie par circulation d'eau, du foyer cyclonede manière à maintenir un courant tourbillonnant.de charbon et d'air qui brûle à destempératures dépassant la température de fusion descen- dres. La température de fusion relativement basse des cendres dégagées et la force centrifuge ont pour effet combiné de former une pellicule ou couche de scorie ou de cendre en fusion sur les parois du foyer et particulièrement sur les zones circonférentiellès de la paroi.
Les particules de combustible plus légères brûlent principalement à l'état de suspension, tandis que les parti- cules plus lourdes sont projetées vers l'extérieur et saisies par la couche de scorie.-Une vigoureuse action de frottement se produit entre l'air et les particules de charbon retenues, ce qui donne lieu à une combustion extrême- ment rapide et complète. La couche de scorie atteint rapidement une épaisseur d'équilibre et si' des quantités supplémentaires de cendre se déposent, la sco- rie en excès s'écoule vers une ouverture de décharge de cendre adjacente à l'extrémité d'évacuation des gaz de la chambre de combustion.
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Le foyer cyclone est particulièrement propre à être utilisé comme système de chauffage d'un groupe générateur de vapeur dans lequel-les gaz du foyer cyclone sont dirigés et d'où ils sont finalement évacués, de pré- férence sous l'action d'un tirage induit, l'air comburant étant envoyé au foy- er par un courant forcé. Le groupe peut aussi fonctionner en ne mettant qu' une soufflerie de tirage forcé en service, et dans ces conditions la totalité de l'air comburant est fournie au foyer cyclone à une pression positive élevée de l'ordre d'environ 40 pouces (1 mètre) de la colonne d'eau et une pression positive décroissante est maintenue partout ailleurs dans l'installation. Dans chaque cas la puissance nécessaire au fonctionnement d'une soufflerie ou des deux souffleries est considérable.
Un but de l'invention est de réduire la puissance nécessaire de la soufflerie.
Dans un foyer cyclone du genre spécifié, établi suivant l'invention, un organe de remplissage, de section transversale circulaire, espacé intérieu- rement de la paroi périphérique de la chambre du brûleur définit conjointement avec cette paroi une zone annulaire ouverte à son extrémité la plus proche de la chambre de combustion.
L'invention sera décrite maintenant, à titre d'exemple, avec réfé- rence aux dessins annexés, dans lesquels :
Fig. 1 est une vue en coupe verticale longitudinale montrant une partie d'un foyer cyclone incorporé dans un générateur de vapeur tubulaire;
Fig. 2 est une vue en bout du foyer représenté sur la Fig. 1;
Fig. 3 est une vue fragmentaire à plus grande échelle d'une partie située à droite sur la Fig. 1, et Fig. 4 est une coupe transversale suivant la ligne 4-4 de la Fig.
3.
Le foyer cyclone 15 représenté fait partie d'un groupe générateur et surchauffeur de vapeur, plus complètement décrit dans les brevets anglais Nos. 598.141 et 598.142 de la Demanderesse, où la chambre 16 du foyer cyclone, de section transversale sensiblement circulaire autour d'un axe longitudinal incliné sur l'horizontale, est aménagée pour le chauffage au combustible pul- vérisé ou granulaire, tel que le charbon gras ou demi-gras, qui y est envoyé avec une admission d'air primaire ou véhiculaire préchauffé. Les produits de la combustion provenant de la chambre 16 du foyer cyclone circulent dans une chambre de foyer secondaire 18 où des tubes vaporisants forment une voûte réfléchissante 19 et un écran à scoriè 21.
Au-delà de ce dernier se trouvent des plateaux ou panneaux à tubes verticaux 23 avec lesquels les produits de la combustion circulant de bas en haut viennent en contact. D'autres tubes va- porisants s'étendent le long d'une paroi verticale 24 qui sépare les chambres de foyer 16 et 18 et présente un goulot rentrant 25 à travers lequel les pro- duits gazeux de la combustion provenant de la chambre de foyer cyclone 16 sont déchargés dans la chambre de foyer secondaire 18. Une ouverture est mé- nagée entre certains tubes dans la paroi 24, on un endroit 26 situé en des- sous du goulot 25, pour permettre à la scorie en fusion de s'écouler dans la chambre de foyer secondaire.
Les parois cylindriques de la chambre 16 comprennent des tubes 27 très rapprochés'les uns des autres, qui épousent le contour de la paroi et sont convenablement raccordés pour y assurer une circulation naturelle du fluide.
Certains de ces tubes 27 sont disposés le long d'une courbe en volute de maniè- re à constituer une lumière d'entrée d'air rectangulaire dirigée tangentiel- lement 28, pour l'admission d'air secondaire, qui y est amené par un conduit d'entrée courbe convergent 29 cloisonné à son extrémité inférieure, comme c'est décrit dans les brevets précités, de manière à former des sections successives dans le sens longitudinal, chaque section étant pourvue de registres séparés pour régler l'admission et la distribution d'air secondaire.
La partie de la paroi à l'extrémité extérieure de la chambre 16 a une section transversale va- riable décroissant vers l'extérieur et comprend des tubes 31 qui sont convena- blement raccordés pour y assurer une circulation naturelle du fluide en paral- lèle avec la circulation dans les tubes 27 et les autres tubes du groupe com-
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prenant,., par exempleles tubes associés à la paroi séparatrice commune 24 entre leschambres 16 et 18.
Une chambre d'entrée de combustible et d'air 34 ou chambre de brû- leur de section transversale interne approximativement circulaire et de dia- mètre inférieur à celui de la chambre principale du foyer cyclone 16, est dis- posée à l'extrémité avant de cette dernière, avec laquelle elle communique a- xialement. Le combustible;,à l'état pulvérisé' ou granulaire, est dirigé,con- jointement avec de Pair primaire préalablement réchauffé et sous une pression positive relativement élevée, dans une partie inférieure de la chambre de brû- leur 34 par un tuyau de charbon et d'air primaire recourbé en forme de spirale 35, dont la paroi inférieure courbe se raccorde graduellement à la paroi péri- phérique de la chambre du brûleur.
La surface effective offerte au passage du flux et par conséquent la vitesse du courant d'air et de combustible sont réglées par un registre régulateur 36, actionné à la main,qui est disposé sur le côté supérieur du tuyau 35 et est articulé en 37 à son extrémité opposée à celle où se trouve la chambre du brûleur, comme cest indiqué sur la Fig. 4. La chambre de brûleur 34 est pourvue à sa périphérie externe d'une enveloppe de refroidis- sement 38 avec admission d'eau 39 à sa partie inférieure et départ d'eau 41 au sommet.
La chambre de brûleur 34 se termine par une bride d'extrémité ex- térieure 42, qui supporte une chambre d'admission d'air tertiaire ou chambre en colimaçon 43, de diamètre plus petit que la chambre de brûleur 34 et dans le prolongement axial de celle-ci;
, la chambre 43 étant pourvue d'une bride ou pla- que d'extrémité 45 correspondant à la bride 42 à laquelle elle est convenable- ment fixée et pourvue d9une section plate annulaire séparable 46 qui ménage une ouverture ou un orifice central 47 disposé coaxialement avec la chambre de brûleur 34 et présentant un diamètre inférieur à celui de la chambre 43. Un joint à feuillure est formé entre la section interne et la section externe de la bride 45 de telle sorte que les bords de celles-ci se recouvrent et peuvent être maintenus assemblés par des boulons 48.
Une chemise d'eau 49 pourvue de raccords d'entrée et de sortie de l'eau 51 et 52, respectivement, est établie sur la face extérieure de la plaque d'extrémité 45. L'air préchauffé est amené à la chambre 43 par un conduit 53 commandé par un registre approprié non re- présenté. Comme on le voit sur la Figo 2, le conduit 53 est relié à la chambre 43 par un raccord recourbé en spirale pour produire un courant tourbillonnant d'air tertiaire dirigé axialement dans la chambre du brûleur 34 par l'orifice 47.
Un prolongement tubulaire axial 54 est convenablement aménagépour former le siège dune porte d'inspection 55 par laquelle on peut observer la marche du foyer; ou bien on peut, à la mise en marche, introduire initialement un brû- leur à huile pour chauffer le foyer cyclone et allumer le charbon lorsqu'il est introduit.
Gomme dispositif pour augmenter le rendement du foyer, un manchon de remplissage ou déflecteur cylindrique 56 est disposé à l'intérieur de la chambre du brûleur 34,de manière à confiner le mélange tourbillonnant d'air primaire et de charbon dans une zone annulaire directement adjacente à la paroi périphérique interne de la chambre du brûleur. Le manchon 56 présente une par- tie cylindrique principale 57 disposée concentriquement par rapport à l'axe lon- gitudinal de la chambre de brûleur 34 et s'étendant approximativement sur tou- te la longueur de la chambre.
Une plaque d'extrémité ou bride annulaire 58 est fixée à la partie 57 à l'extrémité extérieure de celle-ci et le manchon est sup- porté par l'intermédiaire de cette bride par la plaque d'extrémité 45 et est espacé de cette dernière par des tampons 59 qui sont soudés à la plaque. Les tampons 59 sont taraudés pour recevoir, comme cest représenté, des boulons qui pénètrent dans des trous répartis circonférentiellement dans la bride 58 et auxquels des écrous sont fixés sur le coté interne de la bride pour com- pléter l'assemblage.
Pour permettre d'enlever aisément le'manchon et de le remettre dans la position de marche à l'intérieur de la chambre de brûleur 34, le dispositif du manchon;, comprenant la plaque d'extrémité 58, est divisé circonférentielle- ment en un certain nombre de secteurs, ayant chacun des dimensions totales suf-
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fisamment faibles pour permettre de les faire passer individuellement dans la chambre en colimaçon d'air tertiaire 43. Dans ce but, on enlève la paroi avant 44 ainsi que la section de plaque 46 pourvue de l'orifice annulaire 46.
Comme c'est indiqué sur la Fig. 4, le manchon 56 est divisé en quatre tronçons égaux et les joints entre ces tronçons sont recouverts du côté intérieur et du côté extérieur par des barres 61 et 62 respectivement. Chaque barre intérieure -61 s'étend à peu près sur toute la longueur du joint entre les tronçons et est soudée le long d'un bord longitudinal à un tronçon. Les barres extérieures 62 sont espacées longitudinalement pour former des paires de barres sur chaque joint et chacune d'elles est soudée d'une manière semblable le long d'un bord à l'un 'des tronçons contigus.
Dans l'installation considérée, le charbon pulvérisé ou réduit d'une autre manière, est introduit dans la chambre de brûleur 34 en même temps qu'un courant d'air primaire dirigé tangentiellement qui imprime un mouvement de tourbillonnement aux particules de combustible et les décharge dans l'ex- trémité adjacente de la chambre plus grande 16 du foyer cyclone. L'effet de tourbillonnement ou de la force centrifuge est augmenté par l'admission tangen- tielle d'air comburant secondaire, à grande vitesse, préalablement réchauffé par le conduit d'amenée 29, le tourbillonnement des deux courants étant de mé- me sens. La combustion s'effectue dans le foyer cyclone et les gaz de combus- )ion sont évacués par le goulet rentrant 25 à l'extrémité opposée de la chambre 16.
L'air tertiaire venant de la chambre 43 est dirigé dans le sens de l'axe du foyer à l'intérieur du manchon de remplissage 56 et pénètre, sans réduction appréciable de la vitesse axiale ni de la vitesse périphérique, dans la chambre de plus grand diamètre 16 du foyer cyclone, à l'intérieur de la masse à mouve- ment de tourbillonnement rapide de combustible et d'air en produisant ainsi un courant d'air auxiliaire pour brûler les fines particules de charbon qui ne sont pas projetées à la périphérie de la chambre et qui pourraient sans cela être entraînées en suspension dans les gaz évacués de l'installation.
Une par- tie de l'air tertiaire pénètre dans l'espace entre les plaques d'extrémité 45 et 58 et contribue ainsi au refroidissement de la paroi extérieure de la cham- bre de brûleur 34 formée par la plaque 45. En outre, le manchon 56 à l'inté- rieur de cette chambre 34, en confinant le volume entrant de combustible et d'air primaire dans une zone annulaire directement adjacente à la paroi exter- ne, provoque une réduction appréciable de la pression de l'air primaire néces- saire et contribue ainsi à une diminution avantageuse de la puissance requise pour la soufflerie.
REVENDICATIONS
1. - Foyer cyclone comportant une chambre de combustion de sec- tion transversale approximativement circulaire et une chambre de brûleur ou d' entrée de combustible et d'air, de section transversale pratiquement circulai- re, pourvue de dispositifs pour y introduire tangentiellement ou en substance tangentiellement un courant d'air primaire et-de combustible à production de cendres, et présentant à une extrémité une sortie s'ouvrant dans la chambre de combustion à l'extrémité opposée à celle où se fait la sortie de celle-ci, ca- ractérisé en ce qu'une pièce de remplissage de section transversale circulaire, espacée intérieurement de la paroi périphérique de la chambre de brûleur déli- mite avec cette paroi une zone annulaire ouverte à son extrémité la plus rap- prochée de la chambre de combustion.
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COMBUSTION EQUIPMENT IMPROVEMENTS.
This invention relates to combustion apparatuses and particularly to cyclone hearths of the type comprising a combustion chamber of approximately circular cross section and a burner or fuel and air inlet chamber of also approximately circular cross section. provided with devices for introducing therein tangentially or approximately tangentially a stream of primary air and ash-producing fuel and having at one end an outlet opening into the end of the opposite combustion chamber at the output end of the latter.
Such a hearth is especially suitable for re-use of poor coals, i.e. coals having a relatively high ash content at low melting temperature, the coal being first crushed or otherwise reduced to particles. relatively small in size.
In operation, the coal and the pre-heated air are introduced into the combustion chamber, cooled by circulating water, of the cyclone hearth so as to maintain a swirling current of coal and air which burns at temperatures exceeding the temperature of merger descendants. The relatively low melting temperature of the ash given off and the centrifugal force have the combined effect of forming a film or layer of slag or molten ash on the walls of the hearth and particularly on the circumferential areas of the wall.
The lighter fuel particles burn mainly in a suspended state, while the heavier particles are thrown outwards and seized by the slag layer. - A vigorous frictional action occurs between the air and carbon particles retained, resulting in extremely rapid and complete combustion. The slag layer quickly reaches an equilibrium thickness and if additional amounts of ash settle, the excess slag flows to an ash discharge opening adjacent to the gas discharge end of the slag. combustion chamber.
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The cyclone hearth is particularly suitable for use as a heating system for a steam generator group into which the gases from the cyclone hearth are directed and from which they are finally discharged, preferably under the action of a induced draft, the combustion air being sent to the furnace by a forced current. The group can also operate by putting only a forced draft blower in service, and under these conditions all the combustion air is supplied to the cyclone hearth at a high positive pressure of the order of about 40 inches (1 meter) of the water column and a decreasing positive pressure is maintained everywhere else in the installation. In each case, the power required for the operation of one or two blowers is considerable.
An object of the invention is to reduce the power required of the blower.
In a cyclone furnace of the type specified, established according to the invention, a filler member, of circular cross section, spaced internally from the peripheral wall of the burner chamber defines jointly with this wall an annular zone open at its end. closer to the combustion chamber.
The invention will now be described, by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 is a longitudinal vertical sectional view showing part of a cyclone hearth incorporated in a tubular steam generator;
Fig. 2 is an end view of the fireplace shown in FIG. 1;
Fig. 3 is a fragmentary view on a larger scale of a part to the right in FIG. 1, and Fig. 4 is a cross section taken on line 4-4 of FIG.
3.
The cyclone hearth 15 shown is part of a steam generator and superheater unit, more fully described in English Patents Nos. 598.141 and 598.142 of the Applicant, where the chamber 16 of the cyclone hearth, of substantially circular cross section about a longitudinal axis inclined to the horizontal, is arranged for heating with pulverized or granular fuel, such as fatty coal or semi-fat, which is sent there with a preheated primary or vehicle air intake. The products of combustion coming from the chamber 16 of the cyclone hearth circulate in a secondary hearth chamber 18 where vaporizing tubes form a reflective vault 19 and a slag screen 21.
Beyond the latter are trays or vertical tube panels 23 with which the combustion products flowing from bottom to top come into contact. Other vaporizing tubes extend along a vertical wall 24 which separates the hearth chambers 16 and 18 and has a re-entry neck 25 through which the gaseous products of combustion from the hearth chamber. cyclone 16 are discharged into the secondary hearth chamber 18. An opening is made between certain tubes in the wall 24, a place 26 located below the neck 25, to allow the molten slag to flow out. in the secondary focus room.
The cylindrical walls of the chamber 16 include tubes 27 very close to each other, which follow the contour of the wall and are suitably connected to ensure a natural circulation of the fluid therein.
Some of these tubes 27 are arranged along a volute curve so as to form a rectangular, tangentially directed air inlet lumen 28, for the secondary air intake, which is fed therein by. a converging curved inlet duct 29 partitioned at its lower end, as described in the aforementioned patents, so as to form successive sections in the longitudinal direction, each section being provided with separate registers to regulate the admission and the secondary air distribution.
The part of the wall at the outer end of the chamber 16 has a variable cross-section decreasing outwardly and comprises tubes 31 which are suitably connected to provide therein a natural circulation of the fluid in parallel with it. circulation in the tubes 27 and the other tubes of the group comprising
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taking,., for example the tubes associated with the common dividing wall 24 between leschambres 16 and 18.
A fuel and air inlet chamber 34 or burner chamber of approximately circular internal cross section and of a diameter smaller than that of the main chamber of the cyclone hearth 16, is disposed at the front end. of the latter, with which it communicates axially. The fuel, in pulverized or granular state, is directed, together with preheated primary air and under a relatively high positive pressure, into a lower part of the burner chamber 34 by a coal pipe. and primary air curved in the form of a spiral 35, the curved bottom wall of which gradually connects to the peripheral wall of the burner chamber.
The effective area offered to the passage of the flow and therefore the speed of the flow of air and fuel is regulated by a regulating register 36, operated by hand, which is disposed on the upper side of the pipe 35 and is articulated at 37 to its end opposite to that where the burner chamber is located, as shown in Fig. 4. The burner chamber 34 is provided at its outer periphery with a cooling jacket 38 with water inlet 39 at its bottom and water outlet 41 at the top.
The burner chamber 34 ends with an outer end flange 42, which supports a tertiary air intake chamber or spiral chamber 43, of smaller diameter than the burner chamber 34 and in the axial extension. of it;
, the chamber 43 being provided with a flange or end plate 45 corresponding to the flange 42 to which it is suitably attached and provided with a separable annular flat section 46 which provides a central opening or orifice 47 disposed coaxially. with the burner chamber 34 and having a diameter smaller than that of the chamber 43. A rebate seal is formed between the inner section and the outer section of the flange 45 such that the edges thereof overlap and can be held together by bolts 48.
A water jacket 49 provided with water inlet and outlet fittings 51 and 52, respectively, is provided on the outer face of the end plate 45. The preheated air is supplied to the chamber 43 through a duct 53 controlled by an appropriate register not shown. As seen in Fig. 2, duct 53 is connected to chamber 43 by a curved spiral fitting to produce a swirling stream of tertiary air directed axially into burner chamber 34 through port 47.
An axial tubular extension 54 is suitably arranged to form the seat of an inspection door 55 through which the operation of the fireplace can be observed; or it is possible, on starting, initially to introduce an oil burner to heat the cyclone hearth and ignite the charcoal when it is introduced.
As a device for increasing the efficiency of the furnace, a filling sleeve or cylindrical deflector 56 is arranged inside the burner chamber 34, so as to confine the swirling mixture of primary air and coal in a directly adjacent annular zone to the inner peripheral wall of the burner chamber. The sleeve 56 has a main cylindrical portion 57 disposed concentrically with the longitudinal axis of the burner chamber 34 and extending approximately the entire length of the chamber.
An end plate or annular flange 58 is attached to part 57 at the outer end thereof and the sleeve is supported through this flange by end plate 45 and is spaced therefrom. last by buffers 59 which are welded to the plate. The buffers 59 are threaded to receive, as shown, bolts which enter holes distributed circumferentially in the flange 58 and to which nuts are fixed on the inner side of the flange to complete the assembly.
To allow the sleeve to be easily removed and returned to the on position within the burner chamber 34, the sleeve device, including end plate 58, is circumferentially divided into one. number of sectors, each having sufficient total dimensions
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weak enough to allow them to pass individually into the spiral chamber of tertiary air 43. For this purpose, the front wall 44 is removed as well as the plate section 46 provided with the annular orifice 46.
As shown in Fig. 4, the sleeve 56 is divided into four equal sections and the joints between these sections are covered on the inner side and the outer side by bars 61 and 62 respectively. Each inner bar -61 extends approximately the full length of the joint between the sections and is welded along a longitudinal edge to a section. The outer bars 62 are longitudinally spaced to form pairs of bars on each joint and each of them is welded in a similar fashion along one edge to one of the adjoining sections.
In the installation under consideration, the pulverized or reduced coal in another way is introduced into the burner chamber 34 at the same time as a tangentially directed primary air stream which imparts a swirling movement to the fuel particles and discharge into the adjacent end of the larger chamber 16 of the cyclone hearth. The effect of swirling or of the centrifugal force is increased by the tangential admission of secondary combustion air, at high speed, preheated by the supply duct 29, the swirling of the two currents being in the same direction. . Combustion takes place in the cyclone furnace and the combustion gases are discharged through the inlet 25 at the opposite end of the chamber 16.
The tertiary air coming from the chamber 43 is directed in the direction of the axis of the hearth inside the filling sleeve 56 and enters, without appreciable reduction in the axial speed or the peripheral speed, into the further chamber. large diameter 16 of the cyclone hearth, inside the rapidly swirling mass of fuel and air thereby producing an auxiliary air stream to burn the fine particles of coal which are not thrown at the periphery of the chamber and which could otherwise be entrained in suspension in the gases evacuated from the installation.
Some of the tertiary air enters the space between the end plates 45 and 58 and thus contributes to the cooling of the outer wall of the burner chamber 34 formed by the plate 45. Further, the sleeve 56 inside this chamber 34, by confining the incoming volume of fuel and primary air in an annular zone directly adjacent to the outer wall, causes an appreciable reduction in the pressure of the primary air required and thus contributes to an advantageous reduction in the power required for the blower.
CLAIMS
1. - Cyclone hearth comprising a combustion chamber of approximately circular cross-section and a burner chamber or of fuel and air inlet, of practically circular cross-section, provided with devices for introducing therein tangentially or in substance tangentially a stream of primary air and ash-producing fuel, and having at one end an outlet opening into the combustion chamber at the end opposite to that where it exits it, ca - characterized in that a filler piece of circular cross section, internally spaced from the peripheral wall of the burner chamber, with this wall delimits an annular zone open at its end closest to the combustion chamber.