Brevet FR2143061A1 — publié le 19730202

La présente invention concerne un récupérateur de chaleur céramique à tubes disposés horizontalement. Les récupérateurs céramiques utilisés en pratique sont constitués par un ensemble de tubes verticaux et de parois conductrices horizontales qui entourent les tubes (récupérateurs dits verticaux). Pour obtenir l'échange de chaleur voulu entre les gaz chauds et les gaz froids, les gaz chauds sont amenés à descendre par les tubes du récupérateur et les gaz froids à remonter progressivement à contre-courant des gaz chauds en passant par les canaux horizontaux que forment les parois conductrices. Le comportement en exploitation des récupérateurs céramiques dépend surtout de la bonne étanchéité des tubes où circulent les gaz chaucs, de la tenue mécanique de ces tubes et de leur résistance à a formation de fissures, de la capacité des gaz chauds à déposer les poussières entraînées par eux et de la résistance chimique à l'usure du matériau céramique.Dans le cas des récupéraQeurs céramiques vert:ivaux, on peut sans doute réaliser une bonne étanchéité initiale, lors de la construction, aux extrémités des différents tubes, en utilisant du mortier et/ou des matériaux d'étanchéité incorporés tels que par exemple de l'amiante, ou encore en intercalant des emboîtements en brique, mais en service cette étanchéité se trouve de nouveau perdue au moins en parte, du fait des dilatations thermiques des matériaux et des charges thermiques alternées qu'ils subissent.Les tubes de récupérateur sont soumis en outre à la charge mécanique des composants de la structure se trouvant au-dessus d'eux, ce qui conduit facilement en exploitation à la création de failles et à la formation de fissures, ce qui peut amener à compromettre notablement le fonctlonnement du récupérateur. En ce qui concerne la construction de récupérateurs céramiques à tubes horizontaux, on sait déjà par le brevet britannique 249 919 utiliser des tronçons de tubes céramiques qui présentent à chacune de leurs extrémités une bride hexagonale et qui sont en même temps reliés les uns aux autres par des emboîtements. Les tronçons de tubes sont posés l'un à coté de l'autre de façon que leurs brides hexagonales soient jointes de façon étanche.Mais, d'une part de tels tronçons de tubes sont d'une fabrlcation difficile en raison de leur ssrussure particulière, et sujets en exploitation à des formations de fissures; d'autre part l'étanchéité aux points de raccordement des tubes n'est pas assurée de façon durable La présente invention se pose donc pour objet d'amélio- rer les qualités du récupérateur céramique à tubes horizontaux, qui renferme des tubes, des briques à emboStement reliant ces tubes entre eux et un matériau d'étanchéité au triple point de vue de 11 étanchéité des tubes, de la résistance aux charges mécaniques outils subissent et des facilités dpen- lèvement des poussières entraînées par les gaz, A cette fin un récupéraseur céramique du type initialement défini se caractérise suivant l'invention en ce que les tubes sont pourvus de collets qui forment des saillies coniques à la surface des tubes et se terminent par des sections droites aux extrémités des tubes, en ce que les briques à emboitement sont des demi-briques à joint diamétral, au moyen desquelles peut titre saisi chaque couple de brides de deux tubes en aboutement, le matériau d'étanch)éi,té étant constitué par des par des joints en feutre céramique/entre les tubes eux-m8mes dtune part, entre tubes et briques d'emboîtement autre part, Grâce à la conpération des extrémités renforcées en brides coniques des tubes, à l'insertion de feutre céramique sur les surfaces de contact des briques céramiques, enfin et surtout grace à la saisie des extrémités des tubes en direction axiale et radiale par des demi-briques d'emboîtement utilisées par paires, on arrive à obtenir une étanchéité très améliorée des tubes, qui se maintient indéfiniment, mtme dans le cas de déplacements survenant en cours d'exploitation, Le portage foncièrement élastique des tubes joue en outre un rale favo-- rable, il en résulte que les tensions qui surviennent, dues en particulier aux dilatations différentielles des empilages du récupérateur peuvent dès l'abord être maintenues faibles, Les déformations des tubes du fait de leur propre poids, comme l'ont montré des essais faits à température élevée sur des tubes céramiques connus de haute qualité pour récupérateurs, sont d'une importance négligeable jusqugà des tempéra tures de l'ordre de 1 2500C. le récupérateur céramique suivant l'invention peut en outre titre construit de façon que les canaux, cest-å-dire les rangées horizontales de tubes soient disposées en quinconces0 La construction du récupérateur en canaux tubulaires horizontaux et en parois conductrices perpendiculaires à ces canaux entratne une circulation des gaz telle que les gaz chauds chargés de poussières descendent entre les différentes parois conductrices pour passer autour des tubes du récupérateur, et que les gaz froids remontent progressivement en passant dans les tubes groupés en nappes horizontales0 Par comparaison avec les conditions régnantes dans les récupérateurs verticaux usuels, on constate que dans le présent récupérateur, du fait de la section de passage accrue offerue aux gaz d'échappement chauds, lteffet nuisible sur le comportement en service d:: aux dépits de poussières est fortement réduit, On a en plus la possibilité au cours du fonctionnement du récupérateur de contrtler ces dépôts éventuels et mime, le cas échéant de les enlever. flais on peut aussi protéger des dépits de poussières les rangées supérieures de tubes particulièrement exposées en les recouvrant de tales d'acier réfractaire (telles au s ilicium-chrome-aluminium)0 Une autre caractéristique de ltinvention consiste en ce que les briques à demi-emboStement ont leur face de joint diamétral interrompue par une ouverture de section droite demi- circulaire, disposée suivant une horizontale de la paroi conductrice d'incorporation, et deux faces périphériques inclinées à 450 dans le réseau de briques de ladite paroi, En procédant ainsi on arrive à ce que la compression du feutre céramique entourant les extrémités des tubes assure une étanchéité accrue et une bonne protection contre les pertes par fuites à partir des tubes de récupérateur0 LXinvention propose encore que les faces périphériques des briques à deni-emboStement, celles-ci formant deux à deux des ouvertures à section circulaire, appartiennent à un pourtour de section octogonale régulière et les vides subsistant entre les briques jointes par paires, dans les parois conductrices du récupérateur, sont, en cas de besoin, comblés par des briques à section carrée (briques de remplissage). les surfaces périphériques des briques dtembottement qui, une fois celles-ci posées, sont inclinées à 450, peuvent être alternativement pourvues d'une rainure et d'une languette L'invention propose aussi que pour border latéralement les parois conductrices faites de briques à emboîtement et de briques de remplissage, on utilise dans la chambre de récupérateur, des briques de bordure ou de lisière, présentant latéralement des faces se raccordant aux faces périphériques des briques à emboîtement. Les briques nécessaires pour combler les vides entre paroi conductrice et paroi latérale plane de la chambre du récupérateur peuvent présenter diverses formes; il est pré férable cependant d'utiliser des briques de bordure (ou de lisière) de forme adaptée au pourtour des briques à emboîtement. En ce qui concerne les parois conductrices extrêmes, il y a lieu de veiller à assurer une bonne étanchéité entre les gaz résiduels chauds et les gaz à réchauffer0 C'est la raison pour laquelle il est prévu que ces parois extrêmes soient d'une épaisseur double de celles des autres parois. Une telle réalisation,dont ltefficacité est pour bien faire accrue par 11 emploi de mortier, a aussi pour effet de renforcer la stabilité des emboîtements céramiques mis en oeuvre dans la chambre du récupérateur.En ce qui concerne la couche extérieure des parois conductrices extr & es on peut utiliser des briques à emboSte- ment, briques de remplissage et briques de lisière ou encore des briques de toutes autres formes convenables de manière à obtenir des parois à surface plane, à l'exception des ouvertures pour les tubes0 Har contre, les parois conductrIces, in termédiaires disposées entre les parois conductrices extr1es peuvent présenter des jours, en lltutilisant zas de briques de remplissage, jours qui permettent une circulation des rn6az chauds en directions quelque peu inclinées, par rapport à la direction générale verticale qutempruntent les gaz déchappemen-t chauds La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit, donnée à titre d'exemple en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure I représente une vue en coupe longitudinale d'un récupérateur céramique à tubes horizontaux ; - la figure 2 est une vue en coupe transversale du merne récupérateur ; - la figure 5 montre schématiquement le raccordement de deux tubes et l'étanchéité du joint correspondant - la figure 4 montre une vue en perspective d'une brique à demi-emboîtement. Tel qu'll est représenté à la figure 1, un récupérateur céramique à tubes horizontaux coLprenh une chambre 1 et des empilages récupérateurs proprement dits 2. Les empilages sont constitués de tubes @ et de briques à emboîtements 4, celles-ci formant des parois conductrices verticales So Dans ce récupérateur, les gaz chauds 6 sont conduits à descendre dans les canaux formés par les parois conductrices 5 pour aboutir au carneau 7.Les gaz froids venant du compartiment d'entrée 8 circulent dans les tubes groupés en conduits horizontaux et parviennent, en passant par un compartiment de renvoi 5, au compartiment de sortie 1Oo Les parois conductrices 5 extrêmes sont dune épaisseur double de celle des autres0 On voit à la figure 2 que les rangées horizontales Il de tubes du récupérateur sont disposées en quinconces0 Les briques 4 à demi-emboStement ou à joint diamétral sont posées de façon à présenter chacune une face de joint 12 horizontale et deux faces périphériques 13 inclinées à 450 dans le réseau de briques. Les vides laissés dans chaque paroi conductrice par les briques à enboStement ainsi disposées par paies sont comblés par des briques de remplissage 14o Aux briques à emboStement 4 se raccordent des briques de bordure 15 rejoignant les parois latérales de la chambre du récupérateur0 On a représenté à la figure 3 les extrémités de deux tubes 3, ainsi que les collets/de forme conique des extrémités des parois des tubes et se terminant par des sections droites auxdites extrémités0 Par interposition de joints en feutre céramique en forme de plateau percé 17 entre les extrémités des tubes et en forme de bande 18 entre les extrémités des tubes et les briques à emboîtement 4, on obtient l'étanchéité voulue ainsi qu'un portage des tubes @ pratiquement exempt de contraintes. La figure 4 représente une brique à demi-emboîtement 4 à à la face de joint diamétral 12, ainsi qu'à faces périphériqueS 13 dérivées d'un octogone régulier et la structure avec languette 20 et rainure 19 desdites faces périphériques, lesquelles sont disposées à 450 dans chaque réseau de briques. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Récupérateur céramique à tubes disposés horizontalement, qui renferme des tubes, des briques à embvoteiSent reliant ces tubes entre eux et un matériau d'étanchéité, caractérisé en ce que les tubes (f) sont pourvus de collets (16), qui forment des saillies coniques à la surface de ces tubes et se terminent par des sections droites aux extrémités des tubes, en ce que les briques à emboîtement (4) sont des demi-briques à joint diamétral, au moyen desquelles peut être saisi chaque couple de brides de deux tubes en aboutement mutuel, enfin en ce que le matériau d'étanchéité est constitué par des Joints en feutre céramique(17, 18) insérés entre les tubes 3 eux-mêmes d'une part, entre tubes et briques d'emboîtement (4) dgautre part, 20- Récupérateur céramique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les canaux, ctest-à-dire les rangées horizontales (11) de tubes (3) sont disposées en quinconces0 30- Récupérateur céramique selon la revendication 1 ou caractérisé en ce que les briques à emboîtement (4) ont leur face de Joint diamétral (12) interrompue par une ouverture de section droite demi-circulaire, disposée suivant une horizontale de la paroi conductrice (5) et que deux faces périphériques (13) sont disposées dans le réseau de briques de ladite paroi sous une inclinaison de 450, 40~ Récupérateur céramique selon ll ensemble des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les faces périphériques (13) des briques à emboîtement (4) formant deux à deux des ouvertures à section circulaires appartiennent à un pourtour de section octogonale régulière et en ce que les vides subsistant entre les briques (4) jointes par paires, dans les parois conductrices (5) du récupérateur, sont en cas de besoin comblés par des briques à section carrée (14)o 50- Récupérateur céramique selon l'ensemble des revendi- cations 1 à 4, caractérisé en ce que les surfaces périphéa ques (13) des briques (14) qui, une fois celles-ci poses, sont inclinées à 450, sont alternativement pourvues d'une rai nure (1 ) et dtune languette (20) 60 - Récupérateur céramique selon l'ensemble des revendi- cations 1 à 5, caractérisé en ce que pour border latéralement les parois conductrices (5) faites de briques à emboStenent (4) et de briques de remplissage (14) on utilise des briques de bordure (15) présentant latéralement des faces susceptibles de se raccorder aux faces périphériques des briques à emboîtement. 7.- Récupérateur céramique selon 11 ensemble des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les deux parois conductrices (5) extrtmes sont d'une épaisseur double de celle des autres parois.