Brevet FR2420087A1 — publié le 19791012

La présente invention concerne une chaudière a vapeur ou à eau chaude comprenant une partie de convexion entourant un tube de flamme, et une chambre de combustion finale formant un prolongement du tube de flamme, mais placé a l'extérieur de la partie de convexion, cette dernière ayant la forme d'un tambour cylindrique muni de plaques d'extrémité planes et a l1intérieur duquel au moins deux groupes de tubes de fumée sont disposés concentriquement autour du tube de flamme, la paroi refroidie à l'eau de la chambre de combustion finale étant reliée à la plaque d'extrémité adjacente du tambour, entre deux groupes de tubes de.rumée. La présente invention a pour but de chauffeur, d'une manière simple et peu coûteuse, un fluide de chaudière, davantage que ce qui est obtenu habituellement directement dans une partie de convexion. Un autre but de l'invention consiste à promouvoir la circulation de l'eau à l'intérieur de la partie de convexion, tout en protégeant en même temps, dans une chaudière à vapeur, la partie du tube de flamme traversant un dome de vapeur situé à 11 intérieur de la partie de convexion. Une chaudière selon l'invention comprend au moins une boite annulaire renfermant les extrémités d'un groupe de tubes de fumée aux extrémités de ceux-ci s'étendant vers la chambre de combustion finale et munie d'une admission et d'une évacuation pour un fluide de chaudière. Le fluide de chaudière peut être l'eau d'alimentation amenée à la chaudière et, dans ce cas, la boite entoure un groupe externe de tubes de fumee et est reliée à une source d'amenée d'eau d'alimentation, son évacuation étant ouverte directement dans le tambour. De cette manière, il est possible d'abaisser la température des gaz de combustion avant qu'ils ne quittent l'enceinte de la chau dière et d'éviter tout économiseur externe. Le fluide de chaudière peut être de la vapeur quittant la chaudière et dans ce cas la boite entoure le groupe interne des tubes de fumée, son admission et respectivement sonévacuation étant reliées à des conduits transportant la vapeur depuis un tambour de vapeur à la chaudière, vers l'extérieur de la chaudière, Comme il y a au moins deux groupes de tubes de fumée, la chaudière peut évidemment, en même temps, être munie de structurespermettant le chauffage de l'eau d'alimentation, de même que le surchauffage de la vapeur. La figure 1 est une vue en coupe verticale d'une chaudière à vapeur munie de moyens de chauffage d'eau d'alimentation selon l'invention, et la figure 2 représente la partie supérieure d'une chaudière à vapeur possédant un dispositif de surchauffage de la vapeur selon l'invention. La chaudière à vapeur représentée dans la figure 1 est d'un type en général bien connu et comprend une partie cylindrique supérieure 10 et une chambre de combustion finale inférieure 11. Un tube de flamme 12 est fixé centralement à l'intérieur de la partie supérieure et est dans son extrémité supérieure muni d'un brûleur 13. L'extrémité inférieure du tube de flamme est définie par une paroi constituée par un corps 14 de matériau réfractaire et possédant un passage d'évacuation 15. Les parties de la flamme qui passent le long de la paroi d'enveloppe du tube de flamme 12 sont refroidies de sorte que la combustion n'y est pas complète. Du fait de la forme de la surface supérieure 16 du corps réfractaire 14 qui s'incline vers le passage d'évacuation 15, les parties périphériques de la flamme sont forcées dans le noyau de la flamme, immédiatement au passage. Il se produit un chauffage intense et un mélange complet de sorte qu'on obtient une combustion finale efficace dans la chambre 11. La partie cylindrique supérieure 10 comprend un certain nombre de tubes de fumée disposés en deux groupes concentriques. Le groupe interne 18 s'étend entre la chambre de combustion finale 11 et une chambre de renvoi supérieure 19, tandis que le groupe externe 20 des tubes de fumée s 'étend vers le bas depuis ces derniers vers une chambre collectrice inférieure 21 qui est reliée à un passage de cheminée (non représenté). Le nombre de tubes de fumée dans chaque groupe est choisi de façon que la vitesse d'écoulement des gaz en dépit du volume réduit dû au refroidissement soit sensiblement la même. La chambre de combustion finale 11 est définie extérieurement par une paroi refroidie à l'eau 22 qui est reliée à la partie supérieure 10, entre les deux groupes 18 et 20 de tubes de fumée. Le fond 23 de la chambre de combustion finale est ici fait en matériau réfractaire mais peut, dans des chaudières plus grosses ou fortement chargées également être refroidi à l'eau. Le tambour de vapeur 24 est formé à l'intérieur de la partie cylindrique 10 et ainsi entoure l'extrémité supérieure du tube de flamme. Le niveau d'eau pendant le fonctionnement normal est indiqué en 25. Pour réaliser un refroidissement adéquat de l'extrémité supérieure du tube de flamme 12, placé à l'intérieur du dôme de vapeur 24, une plaque annulaire 28 est fixée-horizontalement à l'intérieur de l'espace d'eau du tambour, suffisamment en dessous du niveau d'eau normal 25 pour être recouvert par l'eau, égaiement au niveau d'eau le plus bas. La plaque 28 est dimensionnée de façon à permettre un passage annulaire 29 entre sa périphérie externe et la paroi d'enveloppe du tambour 10 de même qu'un autre passage annulaire 30 entre sa périphérie interne et le tube de flamme 12. Un déflecteur dirigé vers le haut 31 est relié à la plaque 28 à sa périphérie interne et définit un prolongement du passage 30. Ce déflecteur s'étend presque jusqu'à la plaque d'extrémité supérieure du tambour 10. Un déflecteur annulaire 32 est attaché à la plaque d'extrémité supérieure du tambour 10 et s'étend vers le bas, parallelement au déflecteur 31, prenant fin juste au-dessus du niveau d'eau normal 25. Le mélange des bulles d'eau et de vapeur, s'élevant à travers le tambour de la partie de convexion est capté par la plaque 28 et forcé vers l'intérieur vers le passage 30, ou le mélange passe rapidement vers le haut entre le tube de flamme 12 et le déflecteur 31. La partie supérieure du tube de flamme n'est donc pas en contact direct avec la vapeur dans le tambour à vapeur, mais est continuellement balayée par un mélange d'eau et de vapeur qui assure un refroidissement satisfaisant. Pour promouvoir la circulation vers l'intérieur, la plaque 28 peut être légèrement voûtée. Un déflecteur 32 contribue à séparer la vapeur de l'eau, un courant de retour se produisant au moyen du passage externe 29. Pour réaliser des conditions de circulation d'eau satisfaisantes avec le tambour 10 un dispositif de guidage similaire pour l'eau est réalisé dans sa partie inférieure. Une seconde plaque annulaire 33 est fixée parallèlement à mais écartée de la plaque d'extrémité inférieure du tambour. Là également il y a un passage 34 à la périphérie externe de la plaque et un autre passage 35 à sa périphérie interne. Un déflecteur dirigé vers le bas 36 est fixé à la plaque 33 et s'étend vers le bas dans la paroi 22 refroidie à l'eau approximativement en son centre. Un conduit d'amenée d'eau d'alimentation est désigné par 37. Deux parois 38 et 39 de plaque cylindrique sont attachées à la plaque 33 et s'étendent vers le haut depuis celle-ci, entourant les parties inférieures des tubes de fumée du groupe 20. La paroi de plaque 39 est légèrement plus haute que la paroi de plaque 38. Une plaque de couvercle 40 définit vers le haut, l'espace entouré par les plaques de paroi 38 et 39 et forme avec les autres plaques une structure en forme de boîte entourant les extrémités inférieu- res des tubes de fumée 20. Cet espace communique avec l'eau à l'intérieur du tambour 10, par l'intermédiaire d'un passage 41 formé entre la plaque de paroi externe 38 et la plaque supérieure 40. L'eau d'alimentation amenée par le conduit 37 entre dans cette chambre et est chauffée en prélevant de la chaleur des tubes de fumée 20. L'eau s'échappe à travers le passage 41 près de la paroi d'enveloppe du tambour 10. De cette manière, il est possible d'obtenir un bien meilleur refroidissement des gaz de combustion s'échappant que dans le cas ou de l'eau bouillant à l'intérieur du tambour circulerait autour de ces parties de tube. L'eau d'alimentation quittant le passage 41 est cependant encore plus froide que la moyenne de l'eau se trouvant dans le tambour et tend à descendre vers le passage entre la paroi d'enveloppe du tambour 10 et la plaque de paroi 38. L'eau pénètre alors sous la plaque horizontale 33 et est dirigée par le déflecteur 36 vers le bas le long de la limite externe de la paroi 22 refroidie à l'eau. Sa paroi interne est soumise au rayonnement de la chambre de combustion finale Il et il se produit ici un intense chauffage de l'eau. On obtient de cette manière une circulation stratifiée à l'intérieur de la paroi refroidie à l'eau 22, l'eau chauffée circulant vers le haut et étant dirigée vers la partie interne de la plaque 33 par le déflecteur 36 de sorte qu'elle peut passer vers le haut à travers le passage interne 35. La plaque 33 fait partie de la chambre où se produit le chauffage principal de l'eau d'alimentation. Comme il est dit plus haut l'eau circule vers le bas à travers le passage externe 29 à la plaque supérieure 28 et au moyen de cette plaque et de la plaque 33, on réalise des conditions assurant une circulation avantageuse de l'eau à l'intérieur du grand espace dans le tambour. L'eau circulant sous la plaque 33 et sortant par le passage 35 réalise en outre un bon refroidissement de la partie de la plaque d'extrémité inférieure, où le groupe interne 18 des tubes de fumée et le tube de flamme 12 sont fixés. La vapeur est retirée du tambour à vapeur 24 par deux embouts 42 et 43. A l'intérieur de l'embout se trouve une plaque déflectrice annulaire 44. De cette manière, on obtientMune circulation régulière de la vapeur, de même qu'une distribution satisfaisante de la chaleur. La figure 2 représente une chaudièreà vapeur munie d'un dispositif de surchauffage de vapeur. Là également la structure de boite annulaire repose sur une plaque annulaire 33 et comprend en outre deux plaques de paroi 38a et 39a , de même qu'une plaque de couvercle 40a, qui forment ensemble une structure de boite annulaire entourant ie groupe interne '8 de tubes de fumée, à leurs extrémités inférieures. La vapeur est transportée depuis le dôme de vapeur 24 par un ou plusieurs tuyaux verticaux 42a l'interieur du tambour de convexion 10, lesdits tuyaux étant ouverts à leurs extrémités supé- rieures au moyen de plaques déflectrices internes subdivisées de façon que la vapeur doive passer le long d'un trajet hélicoldal autour du tube de flamme 12 et quitte la structure de boîte par l'intermédiaire d'un tuyau 42b. Pour éviter un surchauffage local du matériau de plaque lors de la mise en marche de la chaudière, la structure de boite est de préférence initialement remplie d'eau. Ceci peut être effectué en autorisant temporairement le niveau de l'eau dans le tambour iO à s'élever au-dessus de l'extrémité supérieure des tuyaux 42a. L'eau pouvant rester peut être éicleuée par le tuyau 42b, avant que la vapeur soit retirée. Le transfert de la vapeur du dôme de la structure de boite peut en variante s'effectuer au moyen d'embouts 42 et 43 repré sentés dans la figure 1 et de tuyaux de descente externes. Comme mentionné initialement, il est possible, selon l'invention, de réaliser le chauffage de l'eau d'alimentation et le surchauffage de la vapeur à la même chaudière. REVENDICATIONS 1. Chaudière à vapeur cu à eau chaude comprenant une partie de convexion entourant un tube de flamme (12) et une chambre de combustion finale (11) formant un prolongement du tube de flamme mais situé à l'extérieur de la partie de convexion, cette dernière ayant la forme d'un tambour cylindrique (10) muni de plaques d'extrémité planes, à l'intérieur duquel au moins deux groupes de tubes de fumée (18,20) sont disposés concentriquement autour du tube de flamme (12), la paroi refroidie à l'eau de la chambre de combustion étant reliée à la plaque d'extrémité adjacente du tambour entre deux groupes de tubes de fumée (18,20) caractérisée par le fait qu'elle comprend au moins une structure de boîte annulaire (33,38,39,40) entourant les extrémités d'un groupe de tubes de fumée (18,20, à leurs extrémités s'étendant vers la chambre de combustion finale (11) et munie d'une admission et d'une évacuation pour un fluide de chaudière. 2. Chaudière à vapeur ou à eau chaude selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la structure de boite (33, 38, 39, 40) entoure un groupe externe (20) de tubes de fumée et est reliée à une source d'amenée d'eau d'alimentation (37) son évacuation (41)débouchant directement dans le tambour (10). 3. Chaudière à vapeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la structure de boite (38a,40a) entoure le groupe interne (18) des tubes de fumée, son admission et respectivement son évacuation étant reliées à des conduits (42a,42b) transportant la vapeur depuis un dbme de vapeur à la chaudière hors de la chaudière. 4. Chaudière à vapeur selon la revendication 1, possédant un dôme de vapeur (24) à l'intérieur du tambour de sa partie de convexion, caractérisée par le fait qu'elle comprend une plaque annulaire (28) montée parallèle à une plaque de base (33) de la structure de boîte, juste en dessous du niveau d'eau (25) ladite plaque définissant un passage interne (30) entre sa périphérie interne et le tube de flamme (12) et un passage externe (29) entre sa périphérie externe et la paroi d'enveloppe du tambour, et en outre un déflecteur cylindrique (31) dirigé vers le haut, concentrique au tube de flamme (12) et formant un prolongement du passage interne (30).