Brevet FR2116332A1 — publié le 19720713

Il a été proposé récemment d'effectuer le pré-chauffage d'un liquide d'alimentation dans un générateur de vapeur du type à enveloppe et tubes/faisant passer le liquide d'entrée en relation d'échange de chaleur indirecte avec un fluide de chauffage qui cir-5 cule dans les tubes du faisceau, le pré-chauffage d'un liquide d'alimentation effectué de cette manière produit une forme plus efficace de transmission de chaleur que celle qui a été utilisée précédemment par les générateurs de vapeur antérieurs d'un type analogue. Toutefois, un pré-chauffage de cette manière expose la partie de l'enveloppe sous 10 pression et la plaque à tubës située près de l'entrée du liquide à un risque de choc thermique, étant donné que ces parties sont à une température élevée au moment où elles entrent en contact avec le liquide qui,lui,est à basse température. La présente invention concerne l'agencement d'un générateur 15 de vapeur du type à enveloppe et tubes pour pré-chauffer le liquide évaporable entrant à basse température par transmission indirecte de chaleur à partir du fluide de chauffage, tout en évitant en même temps un contact entre le liquide à basse température et les parties de l'ensemble qui sont sensibles à un choc thermique avant que le 20 liquide soit chauffé à une température supérieure à celle qui serait nuisible aux pièces constituantes en question. Selon la présente invention, on résoud ce problème en utilisant une enveloppe sous pression généralement cylindrique définissant une chambre de génération de vapeur comportant une zone d'évaporation; 25 un faisceau de tubes d'échange de chaleur traversant la chambre de génération de vapeur; un dispositif pour faire circuler le fluide • de chauffage dans lesdits tubes; un ajutage traversant l'enveloppe pour introduire un liquide évaporable à basse température dans ladite chambre de génération de vapeur; et un dispositif dans ladite chambre 30 pour pré-chauffer le liquide évaporable qui y est introduit, comportant un compartiment situé en amont de la zone d'évaporation et comprenant une chicane définissant deux passages concentriques d'écoulement annulaire et une chambre interne; un dispositif pour acheminer le liquide à partir de l'ajutage, sans qu'il entre en contact avec 35 la paroi de l'enceinte sous pression, vers le plus interne des passages annulaires d'écoulement,et de là en série à travers la chambre interne et dans le plus externe des passages annulaires 70 46453 2 2116332 d'écoulement, et un dispositif reliant le passage annulaire externe à la chambre d'évaporation. Selon la présente invention, le pré-chauffage d'un liquide' évaporable est effectué dans un générateur de vapeur du type à enve-5 loppe et tubes à l'extrémité inférieure du faisceau de tubes. Le préchauffeur se.compose -d'une structure comportant des chicanes qui acheminent le liquide d'entrée vers le haut en relation d'échange de chaleur avec les tubes dans une région située au-dessus du fond de la v chambre de génération de vapeur d'où il est contraint de descendre en 10 suivant un trajet sinueux en travers des tubes pour être chauffé.à une température tolérable avant de sortir du pré-chauffeur et d'entrer dans la zone d'évaporation du générateur et venant en contact soit avec 1 'enveloppe,soit avec la plaque à tubes qui,sinon,serait soumise à une contrainte thermique importante. 15 L'invention fournit avantageusement un agencement particulier d'un économiseur à utiliser dans un générateur de vapeur d'ëau du type à enveloppe et -tubes dans lequel l'eau d'alimentation est préchauffée en la faisant passer en relation d'échange de chaleur indirecte avec, le fluide primaire circulant dans les tubes. Grâce à 20 l'appareil décrit,l'eau d'alimentation qui est froide en entrant ne peut pas venir en contact avec l'une quelconque des parties du générateur qui sont maintenues à une température plus élevée avant qu'elle soit chauffée à une température acceptable. On envisage d'utiliser cet appareil dans un générateur de vapeur d'eau comme celui décrit dans 25 la demande de brevet français déposée ce même jour par. la môme Demanderesse et intitulée "G-énérateur de vapeur". D'autres avantages et caractéristiques .de l'invention ressor-tiront de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés et donnant à.titre explicatif, mais non limitatif,une forme 30 de réalisation de l'invention. Sur ces dessins : la figure 1 est une coupe longitudinale d'une forme de générateur de vapeur du type à enveloppe et tubes selon la présente invention; et la figure 2 est une vue' en plan avec coupe partielle suivant 35 la ligne 2 - 2 de la figure 1. Le générateur de vapeur 10 qui est représenté sur les dessins est du type à'enveloppe et tubes. COPY 70 46453 3 2116332 Ce générateur comporte une enveloppe sous pression, cylindrique , verticalement allongée 12 fermée à ses extrémités opposées par des éléments de fermeture supérieur et inférieur 14 et 16 respectivement en forme de dôme. A l'intérieur de 1.'enveloppe 12, 5 des plaques à tubes transversales supérieure et inférieure 18 et 20 respectivement sont assujetties à la paroi de l'enveloppe et divisent l'intérieur de cette dernière en dés chambres axialement espacées désignées par chambre 22 d'entrée du fluide de chauffage, chambre 24 de sortie du fluide de chauffage'èt chambre 26 de génération 10 de vapeur. Plusieurs tubes droits 28 d'échange de chaleur et d'acheminement d'un fluide traversent la chambre 26 entre les deux plaques à tubes et communiquent avec les chambres respectives 22:et 24 d'entrée et de sortie du fluide de chauffage. Des ajutages d'entrée et de sortie 30 et 32 communiquent avec les chambres 22 et 24 respec-15 tivement et servent à acheminer le fluide de chauffage d'une source (non représentée) dans le générateur de vapeur. La paroi dé l'enveloppe 12 est traversée à deux niveaux axial&ment espacés par plusieurs ajutages désignés par 34 et 36. L'ajutage de- sortie de la vapeur, désigné par 34, communique avec 20 la région supérieure de la chambre 26 de génération de vapeur et est destiné à acheminer la vapeur produite dans le générateur vers un point d'utilisation (non représenté). Deux ajutages périphérique-ment espacés 36 communiquent avec la région inférieure de la chambre 26 et relient l'intérieur du générateur à une source de liquide 25 évaporable (non représentée). Selon la présenté invention, il est prévu des dispositifs pour acheminer le liquide évaporable entrant à basse température directement en relation d'échange de chaleur avec les tubes,de manière à l'empêcher de venir en contact avec diverses pièces cons-30 tituantes du générateur avant qu'il soit chauffé. Les pièces principales du générateur qui sont protégées d'une contrainte thermique sont la partie inférieure de l'enveloppe sous pression 12 et la plaque inférieure.à tubes 20. Les dispositifs prévus comportent un compartiment de pré-chauffage 40 constitué par des chicanes en tôle 35 comprenant deux chicanes cylindriques externe et interne 42 et 44 respectivement, qui sont de même longueur et concentriquement espacées l'une de l'autre et qui définissent un. passage annulaire d'écoulement copy 70 46453 4 2116332 46 entre elles. Comme on le voit sur la figure 1, le passage annulaire 46 est disposé radialement vers l'extérieur du faisceau des tubes, tandis que la région du compartiment 40 occupée par les tubes constitue la chambre interne qui est désignée par 48. Plusieurs plaques 5 annulaires transversales 50 à 56 formant chicane sont disposées à des endroits axialement espacés dans la chambre interne 48 pour définir le trajet d'écoulement parcouru par le liquide introduit dans le compartiment. Toutes les plaques transversales 50 à 56 présentent des ouvertures pour permettre le passage des tubes 28 constituant le 10 faisceau. La plaque supérieure 50 est la plaque de couverture et ferme la partie supérieure du compartiment pour l'isoler de la zone d'évaporation E située immédiatement au-dessus. La plaque inférieure 52 ferme la partie inférieure du compartiment, mais présente une grande ouverture centrale 58 pour l'évacuation du liquide. Dans la chambre 15 48, les plaques 54 et 56 sont disposées de manière à définir un trajet sinueux pour acheminer le liquide transversalement par rapport aux tubes 28. Des plaques 54 sont fixées de manière étanche autour de leur périphérie externe à la surface interne de la chicane cylindrique interne 44 et elles présentent une ouverture centrale 60 permettant au 20 liquide de passer. Ces plaques sont alternées avec les plaques 56 dont les périphéries externes sont espacées de la surface de la chicane cylindrique 44, ce qui a pour effet de diriger le liquide alternativement vers l'intérieur et vers l'extérieur de haut eh bas à travers le compartiment 40. 25 Les extrémités supérieure et inférieure du passage annulaire d'écoulement 46 sont fermées par des plaques ou chicanes transversales supérieure et inférieure 50 et 52. Deux ouvertures périphérique-ment espacées 62 sont ménagées dans la chicane cylindrique externe 42 et sont reliées à des écrans thermiques cylindriques 64 prévus 30 dans les ajutages 36 afin de les protéger d'un choc thermique produit par leur contact avec le liquide d'entrée qui est plus froid. L'extrémité supérieure de la chicane cylindrique interne 44 comporte en 68 deux évidements opposés périphériquement allongés qui, avec la plaque supérieure 50, forment des ouvertures d'accès reliant le 35 passage annulaire 46 à l'extrémité supérieure de la chambre interne 48. Comme on le voit sur la figure 1, la chicane cylindrique 70 46453 5 2ÎÎ6332 externe 42 et la plaque transversale inférieure 54 sont espacées de la surface interne de l'enveloppe 12 et de la surface supérieure de la plaque inférieure à tubes 20. De cette manière, on dispose d'un moyen comprenant une chambre d'équilibrage inférieure 65 et un pas-ç sage annulaire externe 66 pour relier la zone interne du compartiment de pré-chauffage 40 à la zone d'évaporation E du générateur pour obtenir un écoulement libre et continu du liquide évaporable dans le pré-chauffeur et dans la partie d'évaporation du générateur. Près de l'extrémité supérieure de la chambre 26 du généra-■jq teur décrit, un élément comprenant une chicane cylindrique 68' et des plaques transversales 70 et 72 définissent la zone de surchauffage S. Les plaques transversales 70 et 72 sont disposées de manière à conduire le fluide sortant de la zone d'évaporation E transver-28- salement aux tubes/traversant la zone de surchauffage, et la chicane .jjj cylindrique 68* est concentriquement espacée de la surface interne de l'enveloppe 12 pour définir,avec une plaque de fermeture inférieure annulaire 74, un passage annulaire d'écoulement 76 reliant la zone de surchauffage S à l'ajutage 34 de sortie de la vapeur. Le fonctionnement de l'appareil décrit dans le présent mé-2Q moire est le suivant : Un fluide de chauffage provenant d'une source (non représentée) est mis' en circulation dans le générateur de vapeur 10 en passant successivement par l'ajutage 30 d'entrée du fluide de chauffage, la chambre d'entrée 22, les tubes 28, la- chambre de sortie 24 et l'a-2^ jutage de sortie 32. En même temps, un liquide évaporable qui est à basse* température est admis dans l'appareil par un ajutage d'entrée 36, en entrant dans le passage formé par la face interne de l'écran thermique 64 et en étant évacué par le passage annulaire 46 formé dans le compartiment de pré-chauffage 40. Etant donné que le liquide d'entrée à basse température s'écoule par l'écran thermique 64 dans le passage 46, il ne peut pas venir en contact avec l'une quelconque des pièces constituantes du générateur de vapeur qui serait sensible à un choc thermique. Le liquide est contraint de s'écouler du passage 46 dans l'ouverture 68 de la plaque cylindri— __ que interné 44 dans la chambre interne 48. A l'intérieur de la chaia— 35 , bre 48, le liquide descend en suivant un trajet sinueux défini par les plaques 54 et 56 pour s'écouler transversalement par rapport 70 46453 2116332 aux tubes 28 comme indiqué par les flèches,et il est chauffé à une température élevée par transmission de chaleur à partir du fluide de chauffage circulant dans les tubes. De préférence, le liquide est porté sensiblement à sa température de saturation à 1'intérieur 5 .du compartiment 40. Il sort par l'ouverture inférieure 58 du compartiment pour entrer dans la chambre inférieure d'équilibrage 65 d'où il s'écoule vers l'extérieur le long du passage 66 dans la zone d'évaporation du générâteurfet de là dans la zone de surchauffage. Pendant qu'il s'écoule dans les zones d'évaporation et de surchauf-10 fage, le liquide évaporable extrait la chaleur du liquide de chauffage circulant dans les tubes 28 pour être transformé tout d'abord en vapeur dans la première zone, et ensuite la vapeur est surchauffée •dans la seconde zone. la vapeur surchauffée sort de la zone S et . s'écoule le long du passage annulaire 76 dars l'ajutage 34 de sortie 15 de la vapeur d'où elle est acheminée vers son point d'utilisation. Il convient de noter qu'en dirigeant le liquide d'alimentation introduit à basse température à travers le compartiment de préchauffage 40, comme décrit plus haut, le liquide ne vient pas en contact avec les pièces constituantes du générateur de vapeur, notaament 20 l'enveloppe 12 et la plaque à tubes 20,sans que sa température soit tout d'abord portée au-dessus de celle qui provoquerait des contraintes thermiques excessives dans la structure. En conséquence, grâce à la présence du compartiment de pré-chauffage 40, le liquide d'alimentation à basse température peut être introduit directement dans 25 un générateur de vapeur du type à enveloppe et tubes pour être chauffé par transmission indirecte de chaleur à partir du fluide de chauffage circulant dans les tubes. Par conséquent, on peut utiliser plus efficacement la surface de chauffage des générateurs de vapeur du type à enveloppe et tubes. 30 Naturellement, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite et représentée et est susceptible de recevoir diverses variantes entrant dans le cadre et l'esprit de 1'inventipn. 70 46453 7 2116332 REVENDICATIONS 1. ^changeur ûe chaleur du type à enveloppe et tubes pour la génération de vapeur par transmission indirecte de chaleur entre un fluide de chauffage et un liquide évaporable comportant une enveloppe 5 sous pression généralement cylindrique (12) ; une plaque à tubes (20) orientée transversalement et coopérant avec l'enveloppe sous pression pour définir une chambre (26) de génération de vapeur comprenant une zone d'évaporation ; un faisceau de tubes d'échange de chaleur (28) traversant la chambre de génération de vapeur et fixés à la plaque' à 10 tubes par leurs extrémités ; des dispositifs (22, ^4, 30, 52) pour faire circuler le fluide de chauffage dans lesdits tubes ; un organe (36) destiné à introduire un fluide évaporable à basse température dans ledit échangeur de chaleur ; et un dispositif destiné à pré-chauffer le liquide évaporable avant de l'admettre dans la zone d'évapora-15 tion, échangeur caractérisé en ce que le dispositif de pré-chauffage comporte des chicanes (42, 44» 50 et 52) définissant un compartiment orienté axialement et sensiblement fermé qui est espacé des limites internes de ladite enveloppe sous pression et de la plaque à tubes ; des organes (46, 64) reliant l'organe d'introduction -.-.du - liquide 20 évaporable à une région du compartiment qui est éloignée de la plaque à tubes afin que ledit liquide s'écoule dans le compartiment en relation d'échange de chaleur avec les tubes qui le traversent ; et un élément (58) destiné à évacuer le liquide pré-chauffé de l'extrémité dudit compartiment voisine de la plaque à tubes de façon qu'il 25 s'écoule dans la zone d'évaporation en passant dans l'espace (66) formé entre ledit compartiment et l'enveloppe. 2. ïlchangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le compartiment 40 comporte /^cûicanes cylindriques concentriques de mfime longueur axiale (42, 44) coopérant ensemble et avec 30 la surface interne de l'enveloppe sous pression (12) pour former des passages annulaires concentriques ; une plaque formant chicane orientée latéralement qui ferme l'extrémité supérieure (50) du passage interne d'une chambre interne (43), et un élément formant une ouverture (pci, bu) dans la chicane cylindrique la plus interne pour établir 35 une communication entre le passage interne de la chambre interne (48). 70 46453 a 2116332 3. ^changeur ae chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ouverture (60) de la chicane cylindrique interne est ménagée à son extrémité supérieure. 4. ^changeur de chaleur selon la revendication 3» caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs plaques formant chicane disposées transversalement (5U, 56) dans la chambre interne (48) pour diriger l'écoulement du liquide évaporable dans ladite chambre transversalement aux tubes (28).