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" RECHAUFFEUR D'EAU POUR GENERATEURS DE VAPEUR DANS LESQUELS LES GAZ DE CHAUFFE PASSENT A UNE, TRES GRANDE VITESSE LE LONG DES
SURFACES DE CHAUFFE "
Dans les générateurs de vapeur où le combustible est brûlé sous une pression élevée et où la chute de pression est utilisée à conférer aux gaz de chauffe des vitesses très grandes, les gaz de chauffe possèdent encore à, leur sortie des tubes de chauffe, malgré le refroidissement considérable qu'ils ont subi, des vitesses relativement élevées (200 mètres par se- conde et plus).
Mais leur température aussi peut être encore plus élevée, vu' que malgré l'échange de chaleur considérable,
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dù à la grande vitesse du flux des gaz, ces gaz ne peuvent être refroidis à une température plus basse que celle de l'eau qu'ils ont échauffée. Si la pression de la vapeur est élevée, la tem- pérature de l'eau en circulation est élevée également. 'En dehors de leur énergie cinétique les gaz de chauffe, en quittant l'appareil évaporateur proprement dit, renferment par con- séquent encore une forte quantité de chaleur sensible, la- quelle doit également être utilisée si l'on veut que le gé- nérateur devapeur ait un bon rendement.
La présente invention est relative à un dispositif qui permet d'utiliser ces deux formes de chaleur, savoir au réchauffage de l'eau d'alimentation. Ce réchauffeur d'eau se compose de conduits ou de tubes qui vont en s'élargissant gra- duellement et qui, en travaillant à l'inverse d'une tuyère, ramènent graduellement à une vitesse réduite la grande vites- se du flux gazeux. Il en résulte une recompression des gaz de chauffe qui a pour conséquence une élévation de la. température des gaz perdus. La chaleur libérée par cette recompression et par les frottements est transmise à l'eau à réchauffer ensem- ble avec la chaleur sensible encore contenue dans les ga,z de chauff e.
La fig. 1 montre une coupe verticale d'une forme d'exécution du réchauffeur d'eau suivant l'invention, donnée à titre d'exemple.
La fig. a montre les mêmes éléments de réchauffeur partiellement en coupe transversale.
Le tube de chauffe qui débouche en 1 se d.ivise par exemple en cinq tubes aplatis 2 qui vont en s'élargissant graduellement et entrelesquelsl'eau d'alimentation circuletrans- versalement. Afin d'obtenir une circulation de l'eau d'après le principe des contre-courants, la longueur totale des tubes est divisée, du côté baigné par l'eau, par plusieurs cloi- sons 3 qui constituent des compartiments que l'eau d'alimenta- tion vient parcourir les uns après les autres. Il est utile @
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de relier chaque tube de chauffe, ou un nombre limité de ces tubes, à un élément réchauffeur. Plusieurs éléments sont rassemblés dans une boite commune, telle que 4.L'eau d'ali= mentation entre froide en 5 et ressort réchauffée en 6.
Les gaz de chauffe dont la vitesse d'écoulement a été ramenée à une faible valeur par l'augmentation des sections de passage des tubes réchauffeurs s'échappent par le tube collecteur 7 pour Des gaz perdus.
Par la recompression dans les tubes du réchauffeur,, la quantité de chaleur qui avait été ekelvée aux gaz de chauffe pour leur accélération à l'entrée des tubes de chauffe et leur détende consécutive avec baisse de température dans les dits tubes, se trouve libérée sous une forme utilisable par l'élé- vation de leur température. Mais le réchauffeur suivant l'in- vention donne encore lieu à un autre phénomène important.
Par suite des vitesses considérables, inconnues jusqu'ici dans des réchauffeurs (plus de 200 mètres par seconde à l'entrée et au moins 60 mètres par seconde à la sortie) données aux gaz de chauffe, la transmission de la chaleur à la paroi, et l'action refroidissante produite par l'eau d'alimentation froide, est tellement énergique que l'eau provenant de la combustion et qui est toujours mêlé aux gaz de chauffe sous la forme de vapeur, leur est enlevée et précipitée par con- densation et cela même lorsque la température des gaz de chauf- fe est encore de beaucoup supérieure à la température d'éva- poration corespondant à la pression partielle de la vapeur d'eau de combustion.
Il en résulte qu'une grande partie de la vapeur d'eau de combustion abandonne, en se condensant, sa chaleur de vaporisation (chaleur latente) à l'eau d'alimenta- tion. Ce réchauffage par la chaleur de vaporisation de l'eau provenant de la combustion est un pur bénéfice dont jusqu'ici
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aucun mode de chauffe n'avait permis de tirer parti. Cornue les gaz perdus des générateurs équipés avec ce réchauffeur sont généralement appelés à être utilisés dans une turbine à gaz, et doivent par conséquent être secs, il convient d'adapter aux réchauffeurs des séparateurs d'eau appropriés. Dans ce but on peut employer, en les modmfiant convenablement, destypes de séparateurs d'eau connus.
Aux lieux et placardes tubes dédoublés :en plusieurs éléments on peut utiliser aussi comme réchauffeur d'eau un tube unique, par exemple de la manière indiquée aux fig. 3 et 4. Ce tube^peut être soit cônique, soit cylindrique et à bout tronconique, ou bien il peut être un assemblage de plu- sieurs tronçons de tubes cylindriques de diamètres différents raccordés au moyen de raccords tronconiques.
Ces tubes 10 peuvent être installés tout autour et à. l'extérieur de la paroi 11 de la chambre de combustion et sont raccordés aux tubes de chauffe proprément dits 13 par l'intermédiaire de cols de cygne 12. Les gaz perdus des élé- ments individuels sont recueillis par le tuyau collecteur 14.
L'eau d'alimentation arrive en 15, pour ressortir en 16. Chaque élémént peut être alimenté séparément, ou bien plusieurs éléments ou même tous les éléments peuvent être branchés sur une alimentation commune.
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"WATER HEATER FOR STEAM GENERATORS IN WHICH THE HEATING GAS PASSES AT A VERY HIGH SPEED ALONG THE
HEATING SURFACES "
In steam generators where the fuel is burnt under high pressure and where the pressure drop is used to give the heating gases very high speeds, the heating gases still have at their outlet from the heating tubes, despite the considerable cooling which they underwent, relatively high speeds (200 meters per second and more).
But their temperature too can be even higher, since despite the considerable heat exchange,
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due to the high speed of the gas flow, these gases cannot be cooled to a temperature lower than that of the water which they have heated. If the steam pressure is high, the temperature of the circulating water is also high. 'Apart from their kinetic energy, the heating gases, on leaving the evaporator proper, therefore still contain a large quantity of sensible heat, which must also be used if the gas is to be obtained. steam generator has a good performance.
The present invention relates to a device which makes it possible to use these two forms of heat, namely for heating the feed water. This water heater is made up of conduits or tubes which gradually widen and which, working in reverse order to a nozzle, gradually reduce the high speed of the gas flow to a reduced speed. This results in a recompression of the heating gases which results in an increase in the. waste gas temperature. The heat released by this recompression and by the friction is transmitted to the water to be heated together with the sensible heat still contained in the heating ga, z.
Fig. 1 shows a vertical section of an embodiment of the water heater according to the invention, given by way of example.
Fig. a shows the same heater elements partially in cross section.
The heating tube which opens at 1 is divided for example into five flattened tubes 2 which gradually widen and between which the feed water circulates transversely. In order to obtain a circulation of water according to the principle of counter-currents, the total length of the tubes is divided, on the side bathed by the water, by several partitions 3 which constitute compartments that the water supply comes to run one after the other. It is useful @
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to connect each heating tube, or a limited number of these tubes, to a heating element. Several elements are gathered in a common box, such as 4, the feed water between cold at 5 and spring heated at 6.
The heating gases, the flow speed of which has been reduced to a low value by the increase in the passage sections of the heating tubes, escape through the collecting tube 7 for waste gases.
By recompression in the tubes of the heater, the quantity of heat which had been ekelvée to the heating gases for their acceleration at the entry of the heating tubes and their subsequent expansion with a drop in temperature in the said tubes, is released under a form which can be used by raising their temperature. But the heater according to the invention gives rise to yet another important phenomenon.
As a result of the considerable speeds, hitherto unknown in heaters (more than 200 meters per second at the inlet and at least 60 meters per second at the outlet) given to the heating gases, the transmission of heat to the wall, and the cooling action produced by the cold feed water, is so forceful that the water coming from combustion and which is still mixed with the heating gases in the form of vapor, is removed from them and precipitated by condensation. and this even when the temperature of the heating gases is still much higher than the evaporation temperature corresponding to the partial pressure of the combustion water vapor.
As a result, a large part of the combustion water vapor condenses its heat of vaporization (latent heat) to the feed water. This heating by the heat of vaporization of the water coming from the combustion is a pure benefit of which until now
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no heating mode had made it possible to take advantage of it. As the waste gases from generators fitted with this heater are generally used for use in a gas turbine, and must therefore be dry, suitable water separators should be fitted to the heaters. For this purpose, with suitable modifications, known types of water separators can be employed.
In places and cupboards with double tubes: in several elements, a single tube can also be used as a water heater, for example as shown in fig. 3 and 4. This tube ^ can be either conical or cylindrical and with a frustoconical end, or it can be an assembly of several sections of cylindrical tubes of different diameters connected by means of frustoconical fittings.
These tubes 10 can be installed all around and at. outside the wall 11 of the combustion chamber and are connected to the actual heating tubes 13 by means of goosenecks 12. The waste gases from the individual elements are collected by the collector pipe 14.
The feed water arrives at 15, to exit at 16. Each element can be fed separately, or several elements or even all the elements can be connected to a common power supply.