Brevet FR2484070A1 — publié le 19811211

La présente invention concerne un échangeur de chaleur à condensation destiné notamment à permettre la re cupération de la chaleur véhiculée par les gaz de combustion. On connaît déjà des échangeurs de chaleur qui permettent de récupérer une quantité importante de chaleur des gaz de combustion par condensation de la majeure partie de la vapeur d'eau contenue dans ces gaz. C'zest ainsi que l'on a décrit des échangeurs de chaleur qui comprennent une tour dans laquelle circulent à contre-courant, d'une part des gaz de combustion chauds, et d'autre part, un fluide froid pulvérisé à la partie supérieure de la tour, des moyens de récupération du fluide à la partie inférieure de la tour et des moyens de mise en circulation du fluide vers un circuit d'utilisation. La présente invention vise à perfectionner un échan geur de ce type notamment en simplifiant et en améliorant la construction des chicanes intermédiaires qui permettent d'augmenter les surfaces de contact entre gaz et fluide et d'augmenter ainsi l'échange thermique. A cet effet, la présente invention a pour objet un échangeur de chaleur comprenant une tour dans laquelle circulent à contre-courant, d'une part, des gaz humides et chauds entrant à la partie inférieure de la tour, d'autre part, des gouttelettes d'eau qui sont pulvérisées à la partie supérieure de la tour, des moyens de récupération de l'eau à la partie inférieure de la tour et des moyens de filtration puis de mise en circulation de l'eau vers un circuit d'utilisation, caractérisé en ce que la hauteur de la tour entre la zone de pulvérisation et celle d'entrée des gaz c h a u d s est divisée en un certain nombre d'étages superposés sépares par des plateaux destinés à recueillir tout ou partie de l'eau tombant audessus d'eux et à la renvoyer en direction d'un plateau inférieur ou des parois sous forme de rideaux d'eau, ces plateaux étant disposés de façon à délimiter entre eux, avec les parois et avec les rideaux d'eau une succession de chambres superposées à travers lesquelles passent les gaz. Ainsi, les plateaux utilisés dans la présente invention ont pour but de recueillir tout ou partie de l'eau tombant au-dessus d'eux, provenant soit de la pulvérisation, soit du plateau supérieur, et de renvoyer cette eau vers la partie inférieure sous forme de rideaux. Chaque rideau forme ainsi en s'écoulant d'un plateau à l'autre ou d'un plateau aux parois, une surface continue entre les parois, ou dans le cas des appareils cylindriques, une surface de révolution autour de l'axe de la tour. Tout l'espace de la tour se trouve alors divisé par les plateaux et les rideaux en un certain nombre de chambres de gaz a travers lesquelles passent successivement les gaz et dont -la température et la pression partielle de vapeur d'eau peuvent varier de l'une à l'autre. La tour peut etre assimilée à un ensemble d1échan- geurs successifs ou, aux inétanchéités près des rideaux, s'établiraient des équilibres différents aux différents étages. L'échangeur selon la présente invention présente, par rapport à un échangeur ordinaire, les avantages suivants: - Il est assimilable à plusieurs échangeurs simples mon tés en série. On peut donc obtenir un excellent croise ment des températures des deux fluides. On peut ainsi obtenir une température de lteau réchauffée supérieure à la température de sortie des gaz refroidis (ce qui n'est pas possible avec un échangeur ordinaire ou l'on n'obtient qu'un seul équiliBre de pression et de tem pérature. Son encombrement est réduit, très inférieur à celui d'un échangeur de même puissance ou d'égale performance. La circulation des fluides se fait naturellement dans le corps de l'appareil: par gravité pour l'eau, par tirage pour les gaz. Les frais de pompage pour l'eau sont donc limités à la pressurisation nécessaire pour les gicleurs supérieurs (alors que dans les appareils en série, il faut repomper l'eau entre chaque passage). De même , les pertes de charge au niveau du gaz sont limitées à la traversée des rideaux d'eau et des cônes supérieurs d'eau pulvérisée. Cette faible perte de charge (de l'ordre de 100 pascals) permet dans la majorité des cas de placer ces récupérateurs derrière des appareils thermiques classi ques (chaudières, fours, moteurs à combustion interne) sans avoir à changer les moyens de mise en circulation des gaz. La circulation naturelle ascendante des gaz permet à cet échangeur de pouvoir être considéré comme un sim élément de cheminée quand la circulation de l'eau est arrêtée Cette disposition est particulièrement utilisée quand les gaz à traiter contiennent des éléments solu bles dans l'eau et donnent des produits corrosifs. Il suffit alors d'arrêter l'eau pour éviter les risques de corrosion. Ainsi, sur les chaudières munies de brûleurs mixtes gaz naturel-fuel oil: en fonctionnement normal au gaz naturel, la récupération est utilisée. En marche de secours au mazout, la circulateau de l'eau est arrêtée pour éviter la création d'acide sulfurique dans l'eau provenant du soufre du combustible. L'échangeur peut donc se placer derrière toute chaudière mixte sans nécessité d'une dérivation avec tous les inconvénients que ce complément d'équipement entraîne. Dans une forme de réalisation avantageuse de la présente invention, les plateaux ont la forme d'un V renversé et sur les parois d'un demi V renversé et les plateaux d'un étage sont décalés en quinconce par rapport à ceux de l'étage supérieur. En outre, le débit d'eau et la distance entre les étages sont réglés avantageusement de façon telle que les plateaux d'un étage reçoivent les rideaux d'eau provenant des plateaux d'un étage supérieur au voisinage de leur sommet, de façon à utiliser au maximum la surface d'échange possible. Dans le but également d'augmenter la surface d'échange, une circulation d'eau sur les parois est avantageusement prévue soit par un soudage discontinu des plateaux en demi V renversé sur les paroi, soit à l'aide de plateaux en demi V renversé, soudés aux parois et munis de godets sur leur surface supérieure et de trous créant des jets d'eau en direction des parois. En outre, les gaz chauds et humides sont avantageusement introduits à la partie inférieure de la tour par des ouvertures disposées à l'aplomb de chaque V renversé du dernier plateau inférieur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en se référant au dessin annexé sur lequel: la Fig. 1 est une vue en coupe d'un échangeur selon la présente invention; la Fig.2 est une vue en coupe d'un échangeur de plus grand diamètre selon l'invention; les Fig. 3 à 5 sont des vues en coupe de variantes de plateaux fixés sur les parois. L'échangeur représenté sur la Fig. 1 comprend une tour 1 cylindrique verticale munie à sa partie supérieure de rampes de pulvérisation 2 qui pulvérisent de l'eau vers sa partie inférieure. Sous ces rampes,la tour 1 est munie d'un plateau conique central supérieur 3 dont la pointe est dirigée vers le haut, d'un plateau 4 soudé aux parois de la tour constitué par un tronc de cône dont la pointe est dirigée vers le bas et d'un plateau conique central 5 identique au plateau 3. Sous le plateau 5 débouche un conduit horizontal 6 d'amenée des gaz chauds et humides. Sous le conduit 6 d'amenée des gaz est dispo sé un bac 7 de récupération de l'eau. L'eau à réchauffer quiestpulvérisée par les rampes 2 est en partie recueillie par le plateau 3. Le débit d'eau est réglé de façon à ce que l'eau qui ruisselle sur le plateau 3 soit renvoyée sous forme d'un rideau d'eau continu la partie supérieure du plateau inférieur 4. L'eau ruisselle sur ce plateau qui la renvoie sous forme d'un deuxième rideau continu vers le sommet du plateau le plus bas. La tour est ainsi divisée en quatre chambres séparées par des rideaux d'eau. Les gaz chauds qui proviennent du tube 6 passent successivement dans ces quatre chambres. On obtient ainsi quatre équilibres différents, ce qui permet d'obtenir une température de l'eau réchauffée qui est supérieure à la température des gaz refroidis qui sortent de la tour. L'échangeur représenté sur la Fig. 2 est un échangeur cylindrique d'un diamètre plus grand que celui représenté sur la Fig. 1. I1 comprend une tour cylindrique 11 munie à sa partie supérieure de rampes de pulvérisation 12 Sous ces rampes, la tour 11 comprend un plateau supérieur 13 dont la surface est une surface engendrée par un V renversé tournant autour de l'axe de la tour. A l'étage immédiatement inférieur la tour comporte deux plateaux 14a et 14b Le plateau 14a soudé aux parois de la tour est du même type que le plateau 4 soudé aux parois de la tour 1 mais de plus grand diamètre et le plateau 14b disposé au centre est semblable au plateau central 3 de la tour 1. L'étage inférieur comprend un plateau 15 analogue au plateau 13. Les sections des plateaux 13, 14b et 15 sont identiques et les diamètres des plateaux 13 et 15 sont tels que les pointes des plateaux intermédiaires 14a et 14b sont à égale distance des pointes des plateaux 13 et 15. Sous le plateau inférieur 15 est disposé un conduit d'amenée 16 présentant à sa partie inférieure des ouvertures 16a et 16b disposées sous le plateau 15. Sous ce conduit est disposé u#n bac 17 de récupération de l'eau. Le fonctionnement de cet échangeur est analogue à celui représenté sur la Fig. 1, la seule différence étant que l'on obtient des surfaces de rideaux doubles par étage. il est clair que l'on peut multiplier le nombre de plateaux par étage et ainsi multiplier les surfaces de rideaux d'eau traversées par les gaz. Les tours peuvent non seulement avoir une forme cylindrique comme représenté sur les Fig. 1 et 2 mais également une forme parallélépipédique. Dans ce cas, les plateaux comprennent des surfaces planes présentant en section la :#ême forme de V renversé que celle représentée sur les Fig. 1 et 2 et qui s' étendent d'une paroi latérale à la paroi opposée. Pour améliorer les surfaces d'échange entre l'eau et les gaz, les plateaux latéraux tels que les plateaux 4 et 14a peuvent être réalisés comme représenté sur les Fi.g. 3, 4 et 5. Le. plateau 21 représenté sur la Fig. 3 a en section la forme d'un demi V renversé. Il est soudé de manière discontinue à la paroi 22 pour permettre un écoulement partiel de l'eau provenant des parties supérieures le long de la paroi 22. Le plateau 23 représenté sur la Fig. 4 a en section également la forme d'un demi V renversé. Il est soudé complètement à la paroi 22Au bas de sa partie supérieure est soudée une paroi verticale 24 formant déversoir. Le plateau 23 et la paroi 24 délimitent ainsi un godet. Le plateau est muni au fond du godet de trous 25 en#direc- tion de la paroi 22. La hauteur d'eau au-dessus de ces trous permet d'obtenir des jets d'eau qui viennent s'écria ser sur la paroi 22; Le reste de l'eau se déverse sous forme de rideau d'eau à la partie supérieure de la paroi 24. En variante comme représenté sur la Fig. 5, la paroi 24 est munie à sa partie inférieure de fentes 26 d'ou l'eau sort, ruisselle sur la partie inférieure du plateau 23 et quitte ce plateau sous forme de rideau d'eau. - REVENDICATIONS 1.- Echangeur de chaleur comprenant une tour dans laquelle circulent à contre-courant, d'une part, des gaz humides et chauds entrant à la partie inférieure de la tour, d'autre part, des gouttelettes d'eau qui sont pulvérisées à la partie supérieure de la tour, des moyens de récupération de l'eau à la partie inférieure de la tour et des moyens de filtration puis de mise en circulation de l'eau vers un circuit d'utilisation, caractérisé en ce que la hauteur de la tour entre la zone de pulvérisation et celle d'entrée des gaz c h a u d s est divisée en un certain nombre d'étages superposés séparés par des plateaux (3, 4, 5; 13, 14a, 14b, 15) destinés à recueillir tout ou partie de l'eau tombant au-dessus d'eux et à la renvoyer en direction d'un plateau inférieur ou des parois sous forme de rideaux d'eau,ces plateaux étant disposés de faç-on à délimiter entre eux, avec les parois et avec les rideaux d'eau, une succession de chambres superposées à travers lesquelles passent les gaz. 2.- Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plateaux --ont la forme d'un V renversé (3,- 5; 13, 14b, 15) et sur les parois d'un demi V renversé (4, 14a) et les plateaux d'un étage sont décalés en quinconce par rapport à ceux de l'étage supérieur. 3.- Echangeur de chaleur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le débit d'eau et la distance entre les étages sont réglés de façon telle que les plateaux d'un étage reçoivent les rideaux d'eau provenant des plateaux d'un étage-supérieur au voisinage de leur sommet. 4.- Echangeur de chaleur suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une circulation d'eau sur les parois. 5.- Echangeur se chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la circulation d'eau sur les parois est obtenue par un soudage discontinu des plateaux (21) en demi V renversé sur les parois. 6.- Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la circulation d'eau sur les parois est obtenue par des plateaux (23) en demi V renversé soudés aux parois et munis de godets sur leur surface supérieure et de trous (25) créant des jets d'eau en direction des parois. 7.- Echangeur de chaleur suivant la revendication 2 ourla revendication 3, caractérisé en ce que l'entrée inférieure de gaz se fait par des ouvertures disposées à l'aplomb de chaque V renversé du dernier plateau inférieur.