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PROCEDE ET DISPOSITIF POUR NEUTRALISER LA FORMATION DE BULLES DE VAPEUR
DANS LE OU,LES TUBES DESCENDANTS DE CHAUDIERES.
La charge des centrales thermiques modernes varie très souvent dans des limites considérables. Ces variations de charge peuvent parfois être suffisamment importantes pour osciller pratiquement entre la charge de zéro et la charge pleine en l'espace de quelques secondes seulement; en d'autres termes, la chaudière peut se trouver parfois'sous pleine pression, avec feu couvert ou réduit,, mais pratiquement sans soutirage de vapeur ou, tout au plus, à quelques pour-cent seulement de la capacité normaleo Il arrive qu'à ce moment la chaudière doive satisfaire brusquement- une demande de vapeur qui correspond à sa capacité normale, cette demande devant être satisfaite immédiatement et avant que le feu n'ait le temps de se réveiller de façon que l'apport de chaleur corresponde à une production normale de vapeur.
Dans ce cas, la demande de vapeur doit être satisfaite pendant un certain temps à l'aide de la chaleur accumulée dans l'eau de la chaudière contenue dans le réservoir de vapeur et dans tous les tubes à eau de la chaudièreo Une fois cette vapeur soutirée, il se produit une chute de pression corres- pondante, cela évidemment en premier lieu dans la partie de la chaudière où prend naissance la conduite de soutirage de vapeur, à savoir ,dans le ré- servoir de vapeur.
Les chaudières aquatubulaires modernes, tant celles à circulation naturelle que celles à circulation forcée, comportent en plus du réservoir à vapeur (lequel est en règle générale rempli à moitié d'eau) et du tubmur, des tubes descendants allant du réservoir à vapeur précité aux collecteurs des tubes d'eau (dans les chaudières à circulation naturelle) ou une pompe de circulation (pour les chaudières à circulation forcée). L'eau provenant de la chaudière s'écoule depuis le réservoir de vapeur, à travers le tube descendant, vers le collecteur ou la pompe de circulation de la chaudière et est soumise approximativement à la même pression que l'eau contenue dans le réservoir de vapeur et les autres parties de la chaudière , plus la pression due à la hauteur de la colonne d'eau dans le tube descendant.
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Lorsque survient une baisse de la pression, comme décrit plus haut, il se produit une vaporisation de l'eau dans toutes les parties de la chaudière, notamment dans le réservoir de vapeur. La vaporisation qui a lieu dans le tube descendant de la chaudière est extrêmement gênante, vu' qu'elle entrave, voire parfois empêche complétement et même renverse dans certains cas la circulation normale de l'eau de la chaudière, c'est-à-dire, du réser- voir de vapeur vers le tubmur. Ceci est provoqué par les bulles de vapeur formées dans le tube descendant et qui tendent à s'élever, pour atteindre l'espace de vapeur libre dans le réservoir de vapeur, cependant que l'eau tend à descendre. Les bulles de vapeur présentent parfois des dimensions si importantes qu'elles remplissent totalement la section de passage du tube descendant.
Comparer les figures 9 et 10 du dessin ci-joint.
Lorsque la chute de pression est assez rapide, l'écoulement de l'eau cesse complètement dans une chaudière à circulation forcée et risque même d'être renversé dans une chaudière à circulation naturelle, de sorte que l'eau re- monte désormais de la chaudière vers le réservoir de vapeur, au lieu de s'é- couler dans le sens opposé, c'est-à-dire normale Dans les deux éventualités, il en résultera une perturbation gênante et parfois dangereuse dans la circu- lationo On a tenté à plusieurs reprises d'éliminer ou de neutraliser l'effet de la formation de vapeur dans les tubes descendants, principalement par re- froidissement de l'eau dans ceux-ci, de façon à maintenir cette eau légère- ment au-dessous de la température de vaporisation correspondant à la pres- sion momentanée.
Ces procédés présentent des inconvénients sérieux et dé- pendent de dispositifs mécaniques qui ont tendance à rater aux moments cri- tiques .
De plus, ces dispositifs impliquent une diminution du rendement de la chaudière par le fait que la chaleur absorbée par l'eau de refroidisse- ment ne peut pas toujours être récupérée.
Si l'on introduit directement dans le tube descendant une eau de refroidisse- ment n'ayant subi aucun traitement, elle peut donner lieu à une précipitation de tartre dans les tubes d'eau.
La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour assurer le sens corect de la circulation dans les tubes descendants, sans l'emploi de dispositifs mécaniques soumis à d'autres conditions que celles qui se présentent dans le système de circulation d'eau de la chaudière même.
Le procédé selon l'invention consiste en ce que les billes de vapeur formées dans le tube descendant sont rapidement évacuées vers l'espace de vapeur du réservoir de vapeur, cela essentiellement par des moyens autres qu'une élévation dans le tube descendant même, Les dispositifs pour l'application de ce procédé consistent, dans leur forme la plus simple, en un tube ne par- ticipant pas à la circulation d'eau et dont l'extrémité inférieure communique avec le tube descendant à l'endroit ou aux endroits de celui-ci où l'on doit s'attendre à une formation de bulles de vapeur, tàndis que la partie supé- rieure de ce tube d'évacuation de vapeur communique\avec l'espace de vapeur du réservoir de vapeur situé au-dessus du niveau de l'eau contenue dans ce réservoir.
A partir du tube d'évacuation de vapeur, lequel est rempli d'eau essentiellement stagnante jusqu'à un niveau correspondant sensiblement à celui de l'eau dans le réservoir, les bulles de vapeur qui se forment se dirigent vers le réservoir, sans que leur force ascensionnelle entrave à un degré ap- préciable quelconque le mouvement descendant de l'eau en circulationo
La figure 1 montre une chaudière à circulation forcée comportant un tube descendant 1 partant du réservoir de vapeur vers la pompe de circu- lation 3. Partant d'un orifice la situé dans la partie la plus basse du tu- be descendant, un tube d'évacuation de vapeur 4 se dirige vers l'espace de vapeur 5 du réservoir ; sert à l'évacuation des bulles de vapeur.
Dans cer- tains cas, il peut être avantageux de prévoir des tubes de communication 6 entre le tube descendant et le tube d'évacuation de vapeur et de placer ceux- ci aux endroits où l'on doit s'attendre à une formation de bulles de vapeur.
Dans ce cas, le tube d'évacuation de vapeur 4 est placé entièrement à l'ex- térieur du tube descendant.
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La figure 2 montre un dispositif où le tube d'évacuation de vapeur 4 est placé à l'intérieur du tube descendant,, la partie inférieure ouverte 7 étant disposée à proximité de l'orifice d'aspiration de la pompe de circu- lation 3. Le tube d'évacuation de vapeur est muni sur toute sa longueur, et jusqu'au point le plus bas du réservoir de vapeur d'ouvertures la réparties à intervalles et destinées à évacuer continuellement les bulles de vapeur formées dans les tubes descendantso Le bord supérieur de ces ouvertures est formé de façon à capter facilement les bulleso
La figure 3 montre un détail, dessiné à plus grande échelle, du dispositif de la figure 2.
Les dispositifs destinés aux chaudières à circulation naturelle sont généralement analogues à ceux prévus pour les chaudières à circulation forcée, sauf que la pompe de circulation est remplacée dans le premier cas par les collecteurs de la chaudière.
La figure 4 montre un dispositif qui est sensiblement celui de la figure 1, mais appliqué à une chaudière à circulation naturelle. Ainsi, on y retrouve les tubes 1, 4 et 5. Il va de soi que, ici également, le tube d'évacuation de vapeur 4 peut être placé dans l'antérieur du tube descendant 1. Les autres organes de la chaudière, notamment un collecteur et les tubes montants, sont désignés respectivement par 9 et 10.
Les figures 5 à 13 montrent diverses variantes de l'invention, lesquelles concernent des dispositions sensiblement différentes de tubes d'é- vacuation de vapeuro
La figure 5 montre par exemple que, grâce à un renflement 4a, le volume du tube d'évacuation de vapeur 4 peut être accru de façon telle que, lors d'une chute rapide et excessive de la pression de vapeur, impliquant 1' arrêt et/ou le renversement de l'écoulement de l'eau de la chaudière dans les tubes descendants, l'eau contenue dans le tube d'évacuation de vapeur suffira pour satisfaire la demande en eau de la chaudière, cependant que la chute de pression se 'fait encore sentir,
cette réserve d'eau contribuant ain- si à un retour rapide de l'écoulement d'eau dans le tube descendant à son é- tat normal c'est-à-dire à une circulation stable dans le sens correct
La figure 6 montre une a.utre variante de la figure 1 et qui com- porte un renflement 12, ce qui illustre à titre d'exemple? que l'orientation et la forme du tube descendant sont telles que ce dernier présente en cer- tains points de sa longueur des coudes, des renflements ou analogues, qui favorisent la séparation des bulles de vapeur d'avec l'eau de la chaudière par force centrifuge, par gravité, par changement de direction, etco et qu'il est fait usage de tubes de communication 6 allant au tube d'évacuation de vapeur.
La figure 7 montre la manière dont le tube descendant est élargi en 12 en regard des orifices d'entrée 13 du tube d'évacuation de vapeur, afin de faciliter la séparation des bulles de vapeuro
Les figures 9 et 10 montrent le volume occupé par les bulles de vapeur 15 au. moment de la vaporisation dans un tube descendant non muni d'un tube d'évacuation de vapeur;
il en ressort que pratiquement la totali- té de la section de passage du tube descendant risque d'être occupée par les bulles de vapeuro Celles-ci peuvent donc agir comme tampoins de vapeur en- travant la circulation de 1 'eau
Les figures 11 et 12 montrent, le volume occupé par- les bulles de vapeur dans un tube descendant muni d'un tube d'évacuation de vapeur 4 confor- me par exemple à la figure 8, ainsi que la manière dont ces bulles sont cap- tées par les entonnoirs du tube d'évacuation de vapeur,
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La figure 13 montre une variante de la figure 7, où une partie du réservoir de vapeur agit connue réservoir d'eau.
Ici, une partie du tam- bour est isolée à l'aide d'une cloison 16 de telle façon que l'eau dans la partie isolée, laquelle communique directement avec le tube d'évacuation de vapeur, ne participe pas normalement à la circulation de l'eau dans la chau- dière, et n'est intercalée dans cette circulation que lors d'une chute rapi- de de la pression, suivie d'une vaporisation. Il ressort de cette figure que, ici également, et à titre de variante, le tube d'évacuation de vapeur peut être disposé dans le tube descendant.. Cette dernière variante est in- diquée en pointillé.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé pour neutraliser la formation de bulles de vapeur dans le ou les tubes descendants de chaudières à vapeur comportant de tels tubes, afin d'assurer une circulation dans un sens déterminé, généralement de haut en bas, caractérisé en ce que les bulles de vapeur présentent dansle tube descendant sont évacuées de celui-ci et sont dirigées vers un espace de va- peur en suivant essentiellement un trajet autre qu'à travers le tube descen- dant proprement dit.
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METHOD AND DEVICE FOR NEUTRALIZING THE FORMATION OF VAPOR BUBBLES
IN THE OR, THE DROPPING TUBES OF BOILERS.
The load of modern thermal power stations very often varies within considerable limits. These load variations can sometimes be large enough to oscillate practically between zero load and full load in just a few seconds; in other words, the boiler can sometimes be under full pressure, with a covered or reduced fire, but practically without drawing off steam or, at the most, at only a few percent of the normal capacity. at this moment the boiler must suddenly meet a demand for steam which corresponds to its normal capacity, this demand having to be satisfied immediately and before the fire has time to wake up so that the heat input corresponds to a normal steam production.
In this case, the steam demand must be satisfied for a certain time using the heat accumulated in the boiler water contained in the steam tank and in all the boiler water tubes o Once this steam When withdrawn, a corresponding pressure drop occurs, of course primarily in the part of the boiler where the steam withdrawal line originates, namely in the steam tank.
Modern aquatubular boilers, both those with natural circulation and those with forced circulation, have in addition to the steam tank (which is generally half-filled with water) and the tubmur, down tubes from the aforementioned steam tank to water tube collectors (in boilers with natural circulation) or a circulation pump (for boilers with forced circulation). The water from the boiler flows from the steam tank, through the down tube, to the boiler manifold or circulation pump and is subjected to approximately the same pressure as the water in the steam tank. steam and other parts of the boiler, plus the pressure due to the height of the water column in the down tube.
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When a drop in pressure occurs, as described above, water vaporization occurs in all parts of the boiler, especially in the steam tank. The vaporization which takes place in the down tube of the boiler is extremely troublesome, since it hinders, even sometimes completely prevents and even reverses in some cases the normal circulation of the water of the boiler, that is to say say, from the steam tank to the tubmur. This is caused by the vapor bubbles formed in the down tube which tend to rise, reaching the free vapor space in the vapor reservoir, as the water tends to descend. The vapor bubbles sometimes have such large dimensions that they completely fill the passage section of the descending tube.
Compare figures 9 and 10 of the accompanying drawing.
When the pressure drop is fast enough, the flow of water stops completely in a forced circulation boiler and may even be overturned in a natural circulation boiler, so that the water now rises from the water. boiler to the steam tank, instead of flowing in the opposite direction, that is to say normal In both cases, this will result in an annoying and sometimes dangerous disturbance in the circulation. several times to eliminate or neutralize the effect of vapor formation in the down tubes, mainly by cooling the water therein, so as to keep this water slightly below the vaporization temperature corresponding to the momentary pressure.
These methods have serious drawbacks and depend on mechanical devices which tend to fail at critical times.
In addition, these devices involve a reduction in the efficiency of the boiler because the heat absorbed by the cooling water cannot always be recovered.
If cooling water which has not undergone no treatment is fed directly into the downtube, it may precipitate scale in the water tubes.
The present invention relates to a method and a device for ensuring the correct direction of the flow in the down tubes, without the use of mechanical devices subject to conditions other than those present in the water circulation system of the same boiler.
The method according to the invention consists in that the vapor balls formed in the descending tube are rapidly evacuated towards the vapor space of the vapor reservoir, this essentially by means other than an elevation in the descending tube itself. devices for the application of this method consist, in their simplest form, of a tube which does not participate in the circulation of water and the lower end of which communicates with the descending tube at the place or places of the latter where the formation of vapor bubbles is to be expected, while the upper part of this vapor discharge tube communicates with the vapor space of the vapor reservoir situated above the level of the water contained in this tank.
From the vapor discharge tube, which is filled with essentially stagnant water to a level substantially corresponding to that of the water in the tank, the vapor bubbles which form move towards the tank, without their upward force hinders to any appreciable degree the downward movement of circulating water.
FIG. 1 shows a forced circulation boiler comprising a descending tube 1 from the steam tank to the circulation pump 3. From an orifice 1a located in the lowest part of the descending tube, a tube d the vapor discharge 4 goes to the vapor space 5 of the tank; serves to evacuate vapor bubbles.
In certain cases, it may be advantageous to provide communication tubes 6 between the descending tube and the vapor discharge tube and to place these at the places where the formation of bubbles is to be expected. of steam.
In this case, the vapor discharge tube 4 is placed entirely outside the descending tube.
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Figure 2 shows a device where the vapor discharge tube 4 is placed inside the descending tube, the open lower part 7 being arranged near the suction port of the circulation pump 3. . The steam discharge tube is provided over its entire length, and up to the lowest point of the steam tank, with openings distributed at intervals and intended to continuously discharge the steam bubbles formed in the descending tubes o The edge the upper part of these openings is shaped to easily capture bubbles.
Figure 3 shows a detail, drawn on a larger scale, of the device of Figure 2.
The devices intended for boilers with natural circulation are generally similar to those provided for boilers with forced circulation, except that the circulation pump is replaced in the first case by the manifolds of the boiler.
Figure 4 shows a device which is substantially that of Figure 1, but applied to a natural circulation boiler. Thus, there are the tubes 1, 4 and 5. It goes without saying that, here also, the steam discharge tube 4 can be placed in the front of the descending tube 1. The other parts of the boiler, in particular a manifold and the rising tubes are designated by 9 and 10 respectively.
Figures 5 to 13 show various variants of the invention, which relate to substantially different arrangements of vapor discharge tubes.
Figure 5 shows, for example, that by means of a bulge 4a, the volume of the steam discharge tube 4 can be increased such that, upon a rapid and excessive drop in the steam pressure, involving the shutdown. and / or the reversal of the flow of water from the boiler in the down tubes, the water contained in the steam discharge tube will be sufficient to meet the boiler water demand, while the pressure drop is still felt,
this water reserve thus contributing to a rapid return of the flow of water in the descending tube to its normal state, that is to say to a stable circulation in the correct direction
FIG. 6 shows another variant of FIG. 1 and which comprises a bulge 12, which illustrates by way of example? that the orientation and the shape of the descending tube are such that the latter presents at certain points of its length elbows, bulges or the like, which promote the separation of the vapor bubbles from the water of the boiler by centrifugal force, gravity, change of direction, etco and that use is made of communication tubes 6 going to the vapor discharge tube.
Figure 7 shows how the descending tube is widened at 12 opposite the inlet orifices 13 of the vapor discharge tube, in order to facilitate the separation of the vapor bubbles.
Figures 9 and 10 show the volume occupied by the vapor bubbles 15 au. time of vaporization in a descending tube not provided with a vapor discharge tube;
it appears that practically the whole of the passage section of the descending tube risks being occupied by the vapor bubbles. These can therefore act as vapor buffers interfering with the circulation of the water.
Figures 11 and 12 show the volume occupied by the vapor bubbles in a descending tube provided with a vapor discharge tube 4 conforming for example to Figure 8, as well as the way in which these bubbles are cap. - tees through the funnels of the steam discharge tube,
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Figure 13 shows a variant of Figure 7, where part of the steam tank acts as a water tank.
Here, a part of the drum is insulated with the aid of a partition 16 so that the water in the insulated part, which communicates directly with the vapor discharge tube, does not normally participate in the circulation. water in the boiler, and is only interposed in this circulation during a rapid drop in pressure, followed by vaporization. It emerges from this figure that, here also, and as a variant, the vapor discharge tube can be arranged in the descending tube. This latter variant is indicated in dotted lines.
CLAIMS.
1.- Method for neutralizing the formation of steam bubbles in the descending tube or tubes of steam boilers comprising such tubes, in order to ensure circulation in a determined direction, generally from top to bottom, characterized in that the bubbles Steam present in the down tube is discharged therefrom and is directed to a vapor space essentially following a path other than through the down tube itself.