Brevet FR2528540A1 — publié le 19831216

Chaudière de vaporisation La présente invention concerne une chaudière de vaporisation d'eau et de surchauffe de la vapeur obtenue, comprenant une chambre de combustion à tubes de vaporisation munie de brûleurs dans sa partie inférieure, et suivie de sections de surchauffeurs et d'économiseur. Les chaudières connues fonctionnent sous pression supérieure à la pression atmosphérique dans la chambre de combustion, et la zone de transmission de chaleur des fumées par rayonnement et/ou convection (surchauffeurs de la vapeur, partie du vaporiseur, et économiseur) est souvent disposée à côté de la zone chauffée par radiation par les flammes. L'air de combustion est alors refoulé dans les brûleurs par des ventilateurs. Certaines chaudières fonctionnent aussi en tirage forcé, un ventilateur refoulant les fumées vers la cheminée. Le plus souvent les tubes de vaporisation d'eau de la zone chauffée par radiation sont soit soudés sur leurs génératrices soit réunis par des ailettes, de sorte qu'ils ne sont chauffés que du côté opposé à la paroi. Dans les deux cas de soufflage de l'air de combustion ou de tirage des fumées par un ou des ventilateurs, ceux-ci entrainent une consommation d'énergie notable et peuvent engendrer des vibrations. Ces chaudières doivent être parfaitement étanches aux fumées et par ailleurs les installations occupent une surface au sol importante. La présente invention a pour but de procurer une chaudière de vaporisation et de surchauffe plus simple, moins onéreuse, évitant les sujétions dues aux machines tournantes, et occupant éventuellement une surface au sol plus faible. La chaudière selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle est entièrement en dépression par rapport à l'atmosphère, sous le seul effet du tirage naturel de la cheminée. Elle répond en outre de préférence à au moins l'une des caractéristiques suivantes - Elle est en totalité verticale, la chambre de combustion étant surmontée des sections de surchauffe et d'économiseur, elles-mêmes surmontées de la cheminée. - Les brûleurs sont disposés sur son fond et orientés vertica lement. - Elle comporte un seul ballon d'eau, disposé au-dessus des zones de surchauffe et d'économiseur, et relié directement à un collecteur de répartition de l'eau dans le faisceau de tubes disposé à proximité des parois de la chaudière. - Les tubes de vaporisation disposés à proximité des parois de la chaudière ne sont pas jointifs. - Les tubes de vaporisation de la zone de radiation sont identiques. - Ces tubes sont symétriques par rapport à l'axe de la flamme. - Au moins une part importante des tubes d'échange de chaleur dans les zones de surchauffe et d'économiseur est constituée par des tubes à ailettes ou à picots. Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, une chaudière à combustible mixte fuel-oil et gaz selon l'invention. La chaudière représentée en figure 1 comprend une chambre de combustion 1 à fond 2, dans lequel est disposée une série de bruleurs concentriques à fuel-oil et/ou à gaz 3. Ces bruleurs sont alimentés en air de combustion par un registre de réglage unique 4 à ventelles, disposé sur le caisson (non représenté) qui entoure l'ensemble des brûleurs. L'eau à vaporiser, provenant du ballon 9 par une tuyauterie 20, est répartie dans les tubes verticaux identiques 5 par un collecteur 6. Les tubes 5 sont symétriques par rapport à l'axe de la flamme ; ils sont séparés les uns des autres et séparés de la paroi interne de la chambre, de sorte qu'ils sont chauffés par la radiation de la flamme sensiblement sur toute leur périphérie. L'eau partiellement vaporisée dans les tubes 5, recueillie dans un collecteur 7, revient par le conduit 8 au ballon. Le fait que les tubes de vaporisation sont identiques sur tout le pourtour de la chaudière et symétriques par rapport à l'axe de la flamme assure un excellent équilibrage hydraulique et thermique. Au-dessus de la chambre de combustion se trouvent successivement les zones de surchauffe à haute température 10, de surchauffe à basse température 11, et de l'économiseur 12, dont la majeure partie des tubes est formée de tubes à ailettes. La vapeur prélevée au dôme du ballon 9 se rend par le conduit 16 au faisceau de surchauffe à basse température 11, puis au faisceau de surchauffe à haute température 10. La vapeur surchauffée est envoyée par le conduit 17 à l'utilisation, par exemple à une turbine de détente. L'économiseur 12 est alimenté en eau froide par le conduit 18. Celle-ci se réchauffe dans son faisceau, puis est renvoyée par le conduit 19 au ballon. Au-dessus de l'économiseur, la cheminée 21, de type autostable, est munie d'un volet de réglage du tirage 22. C'est le tirage de celle-ci qui maintient en dépression l'ensemble de la chaudière. La figure 2 représente la disposition de quelques-uns des tubes verticaux 5 par rapport à la paroi interne de la chambre de combustion. Alors que dans la disposition connue ceux-ci sont soudés entre eux ou réunis par des ailettes et au voisinage immédiat de la paroi, dans la présente invention les tubes sont séparés et un peu écartés de la paroi. De la sorte, la chaleur rayonnée par la flamme représentée schématiquement en 24, leur parvient, d'une part directement (flèche 25), d'autre part après absorption par la paroi et réémission par celle-ci (flèche 26). Bien que la chaudière qui vient d'être décrite en référence aux figures paraisse la forme de réalisation préférable de l'invention, on comprendra que certaines modifications peuvent lui être apportées sans sortir du cadre de celle-ci. En particulier, on peut lui ajouter un réchauffeur d'air, disposé au-dessus de l'économiseur. On peut éventuellement dans un tel cas ajouter une hélice dans la cheminée pour compenser la perte de charge supplémentaire sur le circuit des fumées, et un ventilateur sur le circuit d'air. Il est possible de faire fonctionner la chaudière avec différents combustibles, notamment le charbon pulvérisé, avec des brûleurs à flamme ascendante ou éventuellement en chauffe tangentielle. Dans certains cas, on peut ajouter un vaporiseur supplémentaire dans la zone d'échange de chaleur par convection, à tubes horizontaux, avec circulation contrôlée dans ce vaporiseur. La vaporisation qui y est obtenue vient compléter celle produite dans les tubes verticaux de la chambre de combustion. REVENDICATIONS 1/ Chaudière de vaporisation d'eau et de surchauffe de la vapeur obtenue, comprenant une chambre de combustion (1) à tubes de vaporisation munie de brûleurs (3) dans sa partie inférieure, suivie de sections de surchauffeurs (10, 11) et d'économiseur (12), puis d'une cheminée d'évacuation des fumées (21), caractérisée en ce qu'elle est entièrement en dépression par rapport à l'atmosphère, sous le seul effet du tirage naturel de la cheminée. 2/ Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est en totalité verticale, la chambre de combustion étant surmontée des sections de surchauffe et d'économiseur, elles-mêmes surmontées de la cheminée. 3/ Chaudière selon les revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les brûleurs (3) sont disposés sur son fond (2) et orientés verticalement. 4/ Chaudière selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte un seul ballon d'eau (9), disposé au-dessus des zones de surchauffe et d'économiseur, relié directement à un collecteur (6) de répartition de l'eau dans le faisceau de tubes disposé à proximité des parois de la chaudière. 5/ Chaudière selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les tubes de vaporisation (5) disposés à proximité des parois de la chaudière ne sont pas jointifs. 6/ Chaudière selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les tubes de vaporisation sont identiques. 7/ Chaudière selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les tubes de vaporisation sont symétriques par rapport à l'axe de la flamme. 8/ Chaudière selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'au moins une part importante des tubes d'échange de chaleur dans les zones de surchauffe et d'économiseur est constituée par des tubes à ailettes ou à picots.