Brevet FR2461219A1 — publié le 19810130

La présente invention concerne un échan- geur de chaleur pour le refroidissement des gaz conte- nant du laitier et provenant de la gazéification du charbon. Le gaz provenant des réacteurs de la ga- zéification du charbon contient généralement du laitier sous forme gazeuse, sous forme liquide et sous forme solide. Lors du refroidissement de ce gaz dans des échangeurs de chaleur (par exemple, dans des chaudières de récupération pour la production de vapeur d'eau), le laitier se dépose sur la surface de transfert de chaleur, réduisant ainsi considérablement le transfert de chaleur. En particulier, le laitier gazeux et le laitier liquide (sous forme de gouttelettes) forment, par condensation et solidification, des incrustations sur les surfaces de transfert de chaleur. Il ne se forme pas des dép8ts de laitier lorsque la température superficielle des surfa- ces de transfert de chaleur est supérieure à la tempé- rature de condensation du laitier. Dès que le gaz est refroidi à des températures inférieures au point de solidification du laitiers il n'y a également plus de risque de formation d'incrustations. En conséquence, en ce qui concerne ces échangeurs de chaleur, cette baisse de température est nécessaire dans la zone du gaz qui se refroidit, de sorte que, dans l'intervalle allant de la température de condensation à la température de solidification du laitier, le gaz contenant ce dernier ne risque pas d'entrer en contact avec des surfaces de transfert de chaleur dont la température est inférieure à la tempé- rature de condensation du laitier. Il est connu de prévoir une chambre de rayonnement comportant des parois tubulaires de refroi- dissement pourvues d'un revêtement, chambre dans la- quelle on veille à ce qutetle laitier se condense et s'écoule constamment sur-le revêtement, pour être en- suite amené à se solidifier au contact de l'eau au fond de cette chambre, tandis que le gaz qui a cédé sa cha- leur par rayonnement dans cette chambre, est évacué la- téralement. Une chambre de rayonnement de ce type est très encombrante et, partant, très coûteuse. La présente invention a pour objet de fournir un échangeur de chaleur peu encombrant. A cet effet, suivant l'invention, l'échan- geur de chaleur est un échangeur de chaleur à faisceau de tubes dans la chambre d'entrée duquel on dispose, du côté de l'admission des gaz chauds, un plateau à tubes supplémentaire comportant des tubes enfichables pour les tubes se trouvant entre les deux plateaux à tubes du faisceau de tubes de telle sorte que les deux plateaux à tubes situés dans la chambre d'entrée délimitent une autre chambre d'entrée pour des gaz plus froids exempts de laitier, cette autre chambre d'entrée étant accessi- ble par une tubulure d'entrée prévue dans l'enveloppe de l'échangeur de chaleur à faisceau de tubes, tandis que les tubes enfichables pénètrent profondément dans les tubes du faisceau, mais non jusqu'à l'extrémité de ces derniers, ces tubes enfichables formant, avec les tubes extérieurs, des espaces annulaires relativement étroits et appropriés pour assurer une haute vitesse de sortie, des systèmes étant prévus pour maintenir le gaz plus froid échauffé sortant de ces espaces annulaires sur les parois intérieures des tubes du faisceau, d'autres systèmes étant également prévus pour refroidir davantage les gaz refroidis sortant des tubes du fais- ceau. Afin que le gaz sortant des espaces annu- laires formés entre les tubes enfichables et les tubes du faisceau soit maintenu sur les parois intérieures des tubes en ayant néanmoins la possibilité de s'écouler, suivant une autre caractéristique de l'invention, on prévoit, par exemple, dans chacun des espaces annulaires, quatre bandes s'étendant en spirale et imprimant un mou- vement de giration au courant gazeux sortant de 1'espace annulaire. Afin que les gaz refroidis sortant des tubes du faisceau soient refr*dlis davantage encore, suivant l'invention, dans la chambre de sortie et du côté de l'évacuation des gaz refroidis, on installe un autre plateau à tubes comportant des conduits tubulaires de telle sorte que ce plateau à tubes et le plateau des tubes du faisceau délimitent une chambre d'entrée pour des gaz plus froids exempts de laitier, chambre d'entrée à laquelle on a accès par une tubulure d'entrée prévue dans l'enveloppe de l'échangeur de chaleur à faisceau de tubes de sorte que les gaz plus froids qui y pénètrent et qui sont exempts de laitier> peuvent s'écouler et se mélanger aux gaz sortant des tubes du faisceau. Les avantages offerts par la présente in- vention résident, en particulier, dans le fait qu'avec un échangeur de chaleur à faisceau de tubes, on utilise un échangeur de chaleur d'un type de construction parti- culièrement petit et peu coûlteux pour le refroidissement des gaz contenant du laitier, cet échangeur de chaleur permettant, grâce aux possibilités d'introduire des gaz plus froids et exempts de laitier dans les espaces an- nulaires formés par des tubes enfichables et les tubes du faisceau, de lear imprimer chaque fois un mouvement de giration, si bien que les gaz qui se refroidissent et qui forment un laitier solidene peuvent donner lieu à la formation d'incrustations sur les parois intérieu- res des tubes tandis que, en outre, des gaz plus froids exempts de laitier peuvent s'écouler et se mélanger dans les gaz refroidis sortant des tubes du faisceau. Un exemple de réalisation de l'invention sera décrit ci-après plus en détail en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure l est une coupe longitudinale d'un échangeur de chaleur à faisceau de tubes; la figure 2 est une vue en coupe et à une échelle agrandie d'un détail de la zone X entourée d'un cercle en figure 1, et la figure 3 est une coupe prise suivant la ligne III-III de la figure 2. Avec son enveloppe 1, sa tubulure dlen- trée 2 et sa chambre d'entrée-3 pour l'admission des gaz chauds contenant du laitier, sa chambre de sortie 4 et sa tubulure de sortie 5 pour l'évacuation des gaz refroidis contenant du laitier, l'échangeur de chaleur renferme, sous forme d'un faisceau, les tubes 6 à tra- vers lesquels circulent les gaz chauds, ces tubes étant fixés dans le plateau 7 de la chambre d'entrée 2, ainsi que dans le plateau 8 de la chambre de sortie 4. De l'eau de refroidissement pénètre par les tubulures d'en- trée 9 et 10 dans le compartiment périphérique Il pour circuler autour des tubes 6; ensuite, cette eau quitte ce compartiment périphérique sous forme d'un mélange de vapeur et d'eau par les tubulures de sortie 12 et 13. Les tubes enfichables 14 disposés dans les tubes 6 sont assemblés, d'un seul côté, au plateau à tubes 15 prévu dans la chambre d'entrée 3, les deux plateaux à tubes 7 et 15 étant situés à une certaine distance l'un de l'autre en formant une chambre d'entrée 16 pour des gaz plus froids exempts de laitier pénétrant par la tubulure d'entrée 17, pour parvenir ensuite dans les espaces an- nulaires 18 formés entre les tubes enfichables 14 et les tubes 6. Ces espaces annulaires 18 comportent quatre bandes 19 disposées en spirale, réparties uniformément sur la périphérie et allant d'une paroi à l'autre des tubes. Dans la chambre de sortie 4, en plus du plateau à tubes 8, on prévoit également un autre plateau à tubes comportant des tubulures 21. Les deux plateaux à tubes 8 et 20 forment une chambre d'entrée 22 dans la- quelle pénètrent, par la tubulure d'entrée 23, des gaz plus froids exempts de laitier. Le gaz contenant du laitier et provenant d'un réacteur de gazéification du charbon pénètre,par la tubulure d'entrée 2, dans la chambre d'entrée 3 de l'échangeur de chaleur à faisceau de tubes et, en cir- culant dans ce dernier, il est refroidi en trois zones; en choisissant les températures du gaz qui se refroidit et moyennant des systèmes appropriés (que l'on décrira ci-après), on empSche la formation de dép8ts de laitier sur les surfaces de transfert de chaleur au cours du refroidissement du gaz. Dans la première zone de refroidissement, le gaz chaud contenant du laitier s'écoule à travers les tubes enfichables 14, tandis que le gaz plus froid exempt de laitier s'écoule parallèlement au gaz précité à travers les espaces annulaires 18. Dans ce cas, la chaleur dégagée par le gaz chaud circulant à travers les tubes enfichables 14 est transmise à l'eau de refroidis- sement circulant dans le compartiment périphérique il par le gaz plus froid circulant dans les espaces annu- laires 18 et les tubes 6. Moyennant un calcul approprié, la température superficielle des tubes enfichables 14 est supérieure à la température de solidification du laitier, emp&chant ainsi la formation d'incrustations sur ces tubes enfichables. Toutefois, à mesure que le refroidissement du gaz chaud progresse, les tubes enfichables pourraient atteindre des températures superficielles pouvant donner lieu à un début de formation d'incrustations. En con- séquence, dans la deuxième zone de refroidissement, le gaz plus froid sort des espaces annulaires 18 et se dé- place le long des parois intérieures des tubes 6. Etant donné que la vitesse à laquelle le gaz plus froid sort - des espaces annulaires, est supérieure à la vitesse des gaz chauds circulant dans les tubes 6, le gaz chaud n'entre pas immédiatement en contact avec la paroi in- térieure des tubes 6. Un mouvement de giration est imprimé au courant gazeux plus froid par les bandes 19 disposées en spirale dans les espaces annulaires 18. Dès lors, du fait qu'il a un poids spécifique supérieur à celui du gaz chaud et en raison de l'effet centrifuge, le courant gazeux en rotation reste relativement long- temps sur les parois intérieures des tubes 6 et il ne se mélange complètement au gaz chaud que vers les extré- mités de ces tubes 6. Dans cette deuxième zone de re- froidissement, le transfert de chaleur a lieu directe- ment du gaz chaud aux tubes 6 et, partant, à l'eau de refroidissement par l'intermédiaire du gaz plus froid. Le laitier se solidifie dans cette zone. Toutefois, le gaz plus froid exempt de laitier empêche la formation de dépôts de ce dernier sur les parois intérieures des tubes. Dans la troisième zone de refroidissement, le gaz plus froid exempt de laitier vient s'ajouter et se mélanger aux gaz s'écoulant hors des tubes 6 et ce, via la tubulure d'entrée.23 pénétrant dans la chambre d'entrée 22, ainsi que par les tubulures 21. Le laitier à présent solidifié est séparé du gaz dans un séparateur (non représenté) monté à la suite de l'échangeur de cha- leur à faisceau de tubes. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur pour le refroidis- sement des gaz conbenant clu laitier et provenant de la gazéification du charbon, caractérisé en ce qu'il est un échangeur de chaleur à faisceau de tubes dans la chambre d'entrée (3) duquel est situé, du c8té de l'admission des gaz chauds, un plateau à tubes (15) comportant des tubes enfichables (14) pour les tubes (6) se trouvant entre les plateaux à tubes (7) et (8) de telle sorte que le plateau à tubes (7) et le plateau à tubes (15) déli- mitent une chambre d'entrée (16) pour des gaz plus froids exempts de laitier, cette chambre d'entrée étant acces- sible par une tubulure d'entrée (17) formée dans ltenve- loppe (1) de l'échangeur de chaleur à faisceau de tubes, tandis que les tubes enfichables (14) pénètrent profon- dément dans les tubes (6) sans cependant atteindre les extrémités de ces derniers, tout en formant, avec ces tubes (6), des espaces annulaires (18) relativement étroits et appropriés pour produire une haute vitesse de sortie, des systèmes étant prévus pour maintenir le gaz plus froid échauffé sortant des espaces annulaires (18) sur les parois intérieures des tubes (6), d'autres systèmes étant également prévus pour refroidir davantage les gaz refroidis sortant de ces tubes 6. 2, Echangeur de chaleur suivant la reven- dication 1, caractérisé en ce que, dans chacun des es- paces annulaires (18), on prévoit, par exemple, quatre bandes (19) s'étendant en spirale et imprimant un mouve- ment de giration au courant gazeux sortant des espaces annulaires (18). 3. Echangeur de chaleur suivant l'une quel- conque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, dans la chambre de sortie (4) et du c8té de l'évacuation des gaz refroidis sortant des tubes (6), on prévoit un pla- teau à tubes (20) comportant des tubulures (21) de telle sorte que ce plateau à tubes (20) et le plateau (8) des tubes (6) délimitent une chambre d'entrée (22) pour des gaz plus froids exempts de laitier, cette chambre étant accessible par une tubulure d'entrée (23) for- mée dans l'enveloppe (1) de l'échangeur de chaleur à faisceau de tubes, de sorte que les gaz plus froids et exempts de laitier qui y pénètrent, peuvent stécouler et se mélanger dans les gaz sortant des tubes (6).