Brevet FR2465156A1 — publié le 19810320

Chaudière à électrodes et son procédé de fonctionnement. La présente invention concerne des chaudières à électrodes génératrices de vapeur et un procédé de fonctionnement des chau- dières. Un procédé de fonctionnement pour une chaudière à électro- des suivant l'invention comprend les opérations consistant à introduire de l'eau dans la chaudière, directement dans la zone de ses électrodes lorsqu'elle est au-dessous d'une pression de vapeur pré-établie ou pratiquement à cette pression, et dans une zone d'eau relativement froide située au-dessous de la zone des électrodes lorsque la pression de vapeur dans la chaudière est supérieure à la pression pré-établie. De préférence, lorsque la chaudière est au-dessous de la pression de vapeur pré-établie ou pratiquement à cette pression, l'eau est introduite dans la chaudière en un point situé au- dessus des bords inférieurs des électrodes. Suivant un mode de réalisation de l'invention, les électro- des de la chaudière sont disposées autour d'un axe vertical et l'eau est introduite dans la chaudière en jets dirigés radiale- ment en direction pratiquement horizontale, à partir d'un point situé sur l'axe autour duquel les électrodes sont disposées. Lorsque la pression de vapeur dans la chaudière est supé- rieure à la pression pré-établie, l'eau est opportunément intro- duite dans la chaudière de telle manière qu'un courant d'eau d'admission frappe la base de la chaudière. Une chaudière à électrodes suivant l'invention comprend un corps cylindrique de chaudière, au moins deux électrodes placées dans ce corps cylindrique, des organes pour introduire de l'eau dans le corps cylindrique à deux niveaux distants verticalement, l'organe supérieur d'introduction d'eau étant disposé de façon à introduire de l'eau dans la zone de la chaudière comprise entre les électrodes. De préférence, la chaudière est équipée d'un commutateur sensible à la pression de vapeur dans le corps cylindrique, ce commutateur étant agencé de façon à commuter l'admission d'eau de l'organe supérieur d'introduction d'eau à l'organe d'introduction d'eau situé plus bas en direction ver- ticale lorsque la pression de vapeur dans la chaudière s'élève au-dessus d'un niveau pré-établi. L'organe supérieur d'introduction d'eau peut être constitué par un tube qui passe à travers le corps cylindrique, son extré- mité libre comportant un ajutage de sortie d'eau qui est dirigé vers l'espace compris dans le corps cylindrique entre les élec- trodes. Le tube d'introduction d'eau comporte opportunément un raccord dans lequel est placée une buse tubulaire amovible qui présente une extrémité fermée et plusieurs ouvertures dirigées radialement qui sont situées dans le corps cylindrique de la chaudière au-dessus des bords inférieurs des électrodes. Ce dispositif peut être à distance verticale de l'extrémité libre fermée du tube. En outre, d'après l'invention, l'organe d'introduction d'eau inférieur verticalement est un injecteur d'eau qui passe à travers la paroi du corps cylindrique et est placé de façon à diriger un courant d'eau vers la base du corps cylindrique. Une forme de réalisation de l'invention va maintenant être décrite à titre d'exemple, en référence au dessin annexé qui est une vue schématique en élévation latérale et en coupe de la chaudière et de ses circuits extérieurs, hydrauliques et électri- ques. D'après ce qui est représenté sur le dessin, la chaudière de l'invention se compose d'un corps cylindrique 10, de trois électrodes 12 qui sont connectées, par l'intermédiaire d'un système interrupteur approprié (non représenté), à une alimenta- tion électrique triphasée, d'un écran neutre 14, d'un orifice d'évacuation classique 16, d'un orifice de déchargement d'eau 18, d'une admission d'eau 20, d'un tube d'arrivée et de départ d'eau qui est désigné dans l'ensemble par 22 et d'un raccord de sortie de vapeur 24. La disposition des électrodes 12 et de l'écran 14 sont classiques et bien que cela n'apparaisse pas sur le dessin; les électrodes sont imbriquées en spirale de façon à encercler pra- tiquement l'extrémité libre du tube 22. Le corps cylindrique 10 de la chaudière comporte une base en dôme vers l'extérieur, l'admission 20 étant disposée dans la paroi du corps cylindrique de manière à introduire l'eau dans la chaudière tangentiellement par rapport à sa base. Le tube d'arrivée et de départ d'eau 22 comporte un raccord dans lequel un tube 26 est reçu de façon amovible. Le tube 26 est fait d'une matière plastique résistant à la chaleur ou d'une matière céramique, afin de réduire au minimum le risque d'endommagement du tube par érosion électrolytique. A partir d'un point qui est pratiquement au même niveau que les extrémi- tés libres des électrodes 12 et jusqu'à son extrémité libre qui est fermée, le tube comporte plusieurs ouvertures 28 dirigées radialement et espacées verticalement, par lesquelles l'eau peut entrer dans la chaudière et quitter celle-ci. D'après ce qui est représenté, le circuit hydraulique exté- rieur de la chaudière se compose d'un réservoir d'alimentation , d'une pompe 32, d'une soupape de commande 34, d'un purgeur 36, d'une soupape de déchargement 38 et de conduites hydrauliques reliant les différents éléments du circuit hydraulique et la chaudière, selon ce qui est représenté sur le dessin. La commande électrique, de pression et de température de la chaudière est classique dans une large mesure et comprend un relais de commande de charge électrique 40, un transducteur de pression 42 qui module ou commande la charge électrique de la chaudière par l'intermédiaire du relais 40 en fonction de la pression de vapeur dans la chaudière, un commutateur sensible à la pression 44 pour aiguiller l'eau provenant de la pompe 32, soit vers le tube 22, soit vers l'admission 20 en fonction de la pression de vapeur, une sonde de température 46 pour faire varier la charge électrique en fonction de la température du corps cy- lindrique et un programmateur 48 sur une ligne entre le relais de commande de charge électrique 40 et la pompe 32. En service, et tant que la chaudière est au-dessous de sa pression de vapeur de service réglée, de l'eau est pompée à Partir du réservoir 30, à travers la soupape 34, le tube.22 et ses ouvertures 28, vers la chaudière. En ce qui concerne la commande de la charge électrique en fonction de la température et de la pression de vapeur, le fonctionnement de la chaudière est classique aux pressions de vapeur jusqu'à la pression pré- établie. Suivant un processus bien connu dans la technique des chau- dières à électrodes, il s'établi', au cours du fonctionnement de la chaudière, des concentrations de sels dans la zone de l'eau chaude entre les électrodes, au point d'influer gravement Bur la conductivité électrique de l'eau dans la zone des électrodes et, en conséquence, rendre difficile le contrôle des fluctuations de la charge électrique. En outre, la conductivité accrue de l'eau dans la zone des électrodes provoqué de fortes densités de courant entre électrodes qui, par érosion électrique, abrègent la durée utile, non seulement des électrodes, mais aussi de l'écran 14 et du corps cylindrique 10 de la chaudière. Si de l'eau fraiche est introduite dans la chaudière de l'invention par le tube 22 dans les conditions normales de fonc- tionnement ou au-dessous de ces conditions, c'est parce que l'eau qui sort des ouvertures 28 du tube 22 provoque l'agitation et le mélange des sels accumulés entre les électrodes, ce qui réduit à un minimum le risque d'établissement de trajets d'arc très conduc- teurs entre les électrodes. La chute de charge et de pression qui sera provoquée par l'introduction d'eau relativement froide dans la zone de l'eau chaude entre les électrodes dans les conditions normales de pression dans la chaudière ne nuira pas au bon fonctionnement de la chaudière. De l'eau est soutirée de la chaudière à intervalles fixes de temps, déterminés par le programmateur 48 qui, pendant les périodes de soutirage du fonctionnement de la chaudière, inter- rompt la marche de la pompe 32 (qui, le reste du temps, a pour rôle d'introduire dans la chaudière, sur demande du relais de commande de charge, l'eau qui doit être consommée sous forme de vapeur) et ouvre le purgeur 36 pour soutirer, dans la zone com- prise entre les électrodes, l'eau chargée de sels fortement con- ductrice et la rejeter à l'égout. Cette élimination périodique de l'eau conductrice, depuis la zone des électrodes de la chau- dière, réduit au minimum la conductivité et, en conséquence, les problèmes d'érosion évoqués ci-dessus. Mais le problème de l'érosion, bien qu'atténué, n'est pas complètement éliminé et le but recherché, en espaçant verticalement les ouvertures 28 du tube 26, est de garantir qu'alors même que les extrémités infé- rieures des électrodes 12 auront été érodées avec le temps, de l'eau sera toujours introduite dans la zone des électrodes afin de réduire au minimum la formation de trajets d'arc entre les électrodes et l'écran 14. Lorsque la chaudière atteint une surpression, de l'eau est déchargée en assez grandes quantités, à partir de la zone d'eau relativement froide de la chaudière, par l'orifice 18 et la soupape de déchargement 38, vers le réservoir 30, afin de réduire la pression. Dans des conditions de surpression, la soupape 34 est commu- tée de telle sorte que l'eau relativement froide provenant du' réservoir 30soit introduite dans la chaudière par l'admission à la base du corps cylindrique, et non plus par le tube 22, afin de réduire au minimum les grandes fluctuations de charge électrique et de niveau d'eau qui se produiraient autrement ou seraient aggravées par l'introduction de l'eau relativement froi- de dans la zone des électrodes de la chaudière tandis que celle- ci est en surpression. Lorsque la pression de vapeur dans la chaudière revient à la normale ou passe au-dessous de la normale en cours de fonctionnement, la soupape 34 est commutée de nouveau par le commutateur sensible à la pression 44 pour raccorder la canalisation au tube 22. Si l'admission d'eau 20 est disposée tangentiellement, c'est pour que le tartre de chaux (CaCO3) qui s'est accumulé sur le fond de la chaudière soit entraîné en suspension dans l'eau de la chaudière pour être évacué de celle-ci lors des déchargements d'eau, afin de réduire au minimum l'entartrage sur le fond de la chaudière. Un filtre approprié (non représenté) dans le réservoir empêche que le tartre de chaux soit réintroduit dans la chau- dière. L'invention ne se limite pas aux détails précis de construc- tion, ni au procédé de fonctionnement ici décrits et les soupapes et conduites hydrauliques du circuit'hydraulique de la chaudière ou les systèmes de commande électrique et de contrôle de pression pourront être modifiés ou réinstallés de manière appropriée quel- conque, pourvu que quand la chaudière est au-dessous de la pres- sion de service normale ou à celle-ci, de l'eau en provenance du réservoir 30 y soit introduite dans la zone de l'eau chaude à proximité immédiate des électrodes 12 et que dans les conditions de surpression, elle soit introduite dans une zone d'eau relati- vement plus froide, au-dessous de la zone de l'eau chaude entre les électrodes. Par exemple, la soupape de commande multidirec- tionnelle 34 pourra être remplacée par une soupape unidirection- nelle d'ouverture/fermeture dans une conduite provenant directe- ment du réservoir 30. Dans ce cas, la conduite aboutissant au tube 22 pourrait comporter, du côté amont du point de branchement de la conduite aboutissant à l'admission 20 et du côté aval du point de branchement de la soupape de déchargement 38, un orifi- ce d'étranglement de débit par lequel de l'eau serait délivrée continuellement au tube 22 pendant les cycles d'introduction d'eau du fonctionnement de la chaudière. 7 2 2465156 RIEVEINI CATIONS 1. Procédé de fonctionnement pour une chaudière à électrodes, caractérisé en ce qu'il comprend les dispositions consistant à introduire de l'eau dans la chaudière, directement dans la zone de ses électrodes lorsqu'elle est au-dessous d'une pression de vapeur pré-établie ou pratiquement à cette pression, et dans une zone d'eau relativement froide située audessous de la zone des électrodes lorsque la pression de vapeur dans la chaudière est supérieure à la pression pré-établie. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque la chaudière est au-dessous de la pression de vapeur pré-établie ou pratiquement à cette pression, de l'eau y est introduite en un point situé au-dessus des bords inférieurs des électrodes. X Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les électrodes de la chaudière sont disposées autour d'un axe vertical et l'eau est introduite dans la chaudière en jets dirigés radialement en direction pratiquement horizontale, à partir d'un point situé sur l'axe autour duquel les électrodes sont disposées. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lorsque la pression de vapeur dans la chaudière est supérieure à la pression pré-établie, de l'eau est introduite dans la chaudière de telle manière qu'un courant d'eau d'admission frappe le fond de la chaudière. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que de l'eau est soutirée de la chaudière à intervalles de temps prédéterminés. 6. Chaudière à électrodes, comprenant un corps cylindr'ique de chaudière et au moins deux électrodes dans ce corps cylindrique, caractérisée Dar des organes pour introduire de l'eau dans le corps cylindrique à deux niveaux distants verticalement, l'organe supérieur d'introduction d'eau étant disposé de façon à intro- duire de l'eau dans la zone de la chaudière comprise entre les électrodes. 7. Chaudière à électrodes selon la revendication 6, caracté- riséeen ce qu'elle comporte un commutateur sensible à la pres- sion dans le corps cylindrique, ce commutateur étant agencé de façon à commuter l'admission d'eau de l'organe supérieur d'in- troduction d'eau à l'organe d'introduction d'eau situé plus bas en direction verticale lorsque la pression de vapeur dans la chaudière s'élève au-dessus d'un niveau pré-établi. 8. Chaudière à électrodes selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que l'organe supérieur d'introduction d'eau est un tube qui passe à travers le corps cylindrique, son ex- trémité libre comportant un ajutage de sortie d'eau qui est dirigé vers l'espace compris dans le corps cylindrique entre les électrodes. 9. Chaudière à électrodes selon la revendication 8, carac- térisée en ce que le tube d'introduction d'eau comporte un raccord dans lequel est placé un élément tubulaire à buses amo- vible qui présente une extrémité fermée et plusieurs ouvertures dirigées radialement qui sont situées dans le corps cylindrique de la chaudière au-dessus des bords inférieurs des électrodes. 10. Chaudière à électrodes selon la revendication 9, carac- térisée en ce que l'élément tubulaire à buses comporte plusieurs ouvertures dirigées radialement et espacées verticalement. 11. Chaudière ZI électrodes selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que l'élément tubulaire à buses est fait d'une matière non conductrice de l'électricité. 12. Chaudière à électrodes selon l'une quelconque des revendi- cations 6 à 11, caractérisée en ce que l'organe d'introduction d'eau inférieur verticalement est un injecteur d'eau qui passe à travers la paroi du corps cylindrique et est placé de façon à diriger un courant d'eau sur le fond du corps cylindrique. 13. Chaudière à électrodes selon la revendication 12, ca- ractérisée en ce que le fond du corps cylindrique est bombé en dôme vers l'extérieur et en ce que l'injecteur d'eau est placé de façon à diriger le courant d'eau d'admission tan- gentiellement sur le fond en dôme. 14. Chaudière à électrodes selon l'une quelconque des re- vendications 6 à 13, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif programmateur pour soutirer de l'eau dans le corps cylindrique par l'organe supérieur d'introduction d'eau à intervalles constants de temps.