Brevet FR2508616A1 — publié le 19821231

La présente invention concerne un dispositif de traitement des fumées et des gaz comburants d'un foyer. Il est connu selon différents documents (brevet US 1 680 145, brevet US 2 183 956, brevet US 2 825 210, brevet US 3 200 607, brevet US 3 552 488, brevet canadien 482 104, brevet français 942 065 et brevet français 79 00 901) de favoriser le rendementd'une combustion dans un foyer par échange de chaleur et de condensat entre les fumées sortant du foyer et les gaz comburants (air comburant) fournis au foyer. Il est notamment-connu selon le brevet fran- çais 79 00 901 un procédé et un dispositif d'échange de chaleur et de condensat par l'intermédiaire d'un couplage thermique fait à travers uneparoi d'échange thermique et en recueillant les condensats du gaz chaud pour mettre ces condensais en contact avec le gaz froid en cours de réchauffement. Bien que cette solution soit intéressante, elle nécessite certains aménagements pour la réalisation pratique. En particulier, l'échangeur prévu pour la mise en oeuvre de ce procédé, consiste à réaliser une boite munie de cloisons verticales délimitant des conduits de passage alternés pour les gaz chauds et-les-gaz froids,-le fond de la botte constitu- ant un collecteur de condensat et la partie supérieure de la botte étant munie dans chaque couloir de passage de gaz, d'or- ganes de pulvérisation de condensat. En effet, le condensat a tendance à ruisseler le long des parois adjacentes d'échange de chaleur entre les deux flux, or le film de condensat est dans certaines conditions à la même température de part et d'autre des parois, ce qui réduit pratiquement à zéro le rendement de l'échange thermique. Il est donc indispensable d'éviter ou de réduire le ruissellement du condensat dans la mesure o l'échange de chaleur doit se faire par l'intermédiaire de parois séparant les conduits des deux flux. A cela s'ajoute que la réalisation pratique d'un échangeur tel que celui décrit ci-dessus est relativement complexe et présente de multiples problèmes de tôlerie et de chaudronnerie. La présente invention a pour but de créer un échangeur de chaleur et de condensat, qui soit efficace et 2 2508616 d'une réalisation simple. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de traitement de gaz relativement chau& et humides et de gaz relativement secs et frais, notamment de fumées de gaz combu- rants, d'un foyer pour récupérer la chaleur et éventuellement les condensais d'un gaz et réchauffer et humidifier l'autre gaz, tel que les fumées et l'air comburant, dispositif carac- térisé en ce qu'il se compose de deux enceintes dont l'une est traversée de bas en haut par les gaz chauds et humides et l'autre est traversée de bas en haut par les gaz relativement secs et frais, le fond de chaque enceinte constituant un collecteur pour les condensats, le fond de la première enceinte étant relié à la partie haute de-la seconde enceinte par un moyen de prélèvement des condensais pour introduire les conden- sats et le liquide dans la partie haute de la seconde colonne et les mettre en contact avec les gaz relativement secs et frais circulant dans cette enceinte, et de même le fond de la seconde enceinte est relié à la partie-supérieure de la première enceinte par un moyen de prélèvement de condensat pour prélever les condensais du fond et-les introduire dans la partie haute de l'enceinte traversée par les gaz chauds et humides. La présente-invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés dans lesquels: la figure l est-un schéma d'un premier mode de réalisation, la figure 2 est un schéma d'un second mode de réalisation de l'invention. Selon la figure 1, le dispositif de traitement des fumées et des gaz comburants par échange de chaleur et de condensat, se compose d'une première enceinte ou colonne l munie d'une entrée de fumées 2 et d'une sortie de fumées 3. L'entrée de fumées 2-est prévue au voisinage de la base de la colonne 1, la sortie 3 étant-située dans sa partie supérieure. Le dispositif comporte-également une seconde enceinte ou colonne de traitement 4 pour l'air comburant Cette colonne comporte à sa base une entrée d'air 5 et à sa partie supérieure une sortie d'air 6. Le fond de la colonne i traversée par les fumées forme un collecteur de condensat De même, le fond 8 de la colonne 4 traversée par l'air comburant forme un collecteur de condensat. Le fond 7 de la colonne 1 est relié par une conduite 9 munie d'une pompe 10 à la partie supérieure de la colonne 4 pour y déboucher par l'intermédiaire de buses de pulvérisation 11 La pompe 10 aspire le condensat qui se trouve au fond 7 de la colonne 1 pour envoyer ce condensat dans le sens dé la flèche A à travers la conduite 9 et les buses de pulvérisation- 11 au-dessus des garnitures 12 contenues dans la colonne 4. De même, le fond-8 de la colonne 4 est relié par une conduite 13 munie d'une pompe 14 et terminée par des buses de pulvérisation 15, à la partie supérieure de la colonne 1 pour pomper les condensats recueillis au fond 8 et les pulvériser par les buses 15 au-dessus des garnitures 17 se trouvant dans la colonne 1 Les garnitures 12, 17 forment des éléments de ruissellement favorisant le contact entre les gaz (fumée, air comburant) et le liquide (condensat) pour soit réchauffer, soit refroidir les gaz (fumée, air comburant). Comme les conduites 9, 13 relient de façon alternée les fonds 7, 8 des colonnes 1, 4 à leur partie supé- rieure 10, 3, on a ainsi une double boucle de circulation de condensat. Au niveau de la colonne 1, le liquide pulvérisé par les buses 15, circulant comme d'ailleurs dans l'autre colonne, à contre-courant par rapport au gaz, refroidit les fumées en condensant éventuellement les parties condensables aux températures de fonctionnement Le liquide ainsi recueilli dans le fond 7 est pompé par la pompe 10 pour être envoyé également à contre-courant dans la colonne 4 A ce niveau, le liquide pulvérisé, se refroidit au contact de l'air comburant qui s'échauffe et s'humidifie Le condensat froid recueilli au fond 8 est de nouveau pulvérisé dans la partie haute 3 de la colonne 1, etc. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, on effectue une pulvérisation des liquides qui en descendant dans les enceintes ou les colonnes 1, 4 ruissellent également sur les garnitures On peut également envisager de n'utiliser que la pulvérisation à l'intérieur d'enceinte ne contenant pas de garniture et qui sont uniquement traversées par les fumées et l'air comburant ou encore envisager une distribution 4 2508616 des liquides dans la partie haute des colonnes, sans pulvé- risation mais avec simple ruissellement sur les garnitures à l'intérieur des colonnes. De même, bien que la description ci-dessus envisage l'utilisation d'anneaux de raschig comme garnitures de ruissellement à l'intérieur des colonnes 1, 4, on pourrait envisager toute autre garniture compatible avec les gaz et les fluides utilisés. La circulation décrite ci-dessus assure non seulement un échange de chaleur entre les fumées qui, par définition, sont chaudes, dans la colonne 1 et l'air combu- rant qui, par définition, est froid, dans la colonne 4 mais également une collecte de condensat des fumées et une humidi- fication correspondante de l'air comburant, humidification intéressante pour le rendement de la combustion. Les condensats de la chaudière non représentée sont envoyés par la conduite 14 dans le fond 7 de la colonne 1. En effet, ces condensats étant des liquides chauds, il convient de les envoyer vers le fond 7 et non vers le fond 8. Le fond 8 qui contient les condensats froids, est muni d'un trop plein 15 en forme 'de siphon permettant d'évacuer l'excédent de condensat. Pour éviter des-différences de hauteur de colonne d'eau ou pour équilibrer les liquides aux fonds 7, 8, il est prévu une conduite de liaison et d'équilibrage 16 qui relie les fonds 7 et 8. Bien que dans le schéma auquel se rapporte la description ci-dessus, les colonnes 1 et 4 soient séparées, il est possible de réaliser une installation à colonnes adja- centes ou même pour, dans certains cas, faciliter la construc- tion, éviter des problèmes de déperdition thermique, etc, réaliser deux colonnes concentriques. De façon générale, même si-les colonnes sont adjacentes ou concentriques, l'échange de chaleur qui se fera entre des cloisons-mitoyennes ou deuxspolonnes, sera faible, la plus grande partie de l'échange thermique se faisant en effet par le liquide caloporteur (mélange de condensat) qui ruissellera sur les garnitures à-l'intérieur des colonnes. L'installation comporte différents moyens de 2508616 contrôle et de mesure tels que des sondes de température placées en différents endroits des colonnes et des circuits de gaz, de fumées, et deliquides De plus, des débitmètres peuvent être prévus dans les conduites de circulation de liquides - Les fonds 7, 8 ou la conduite de liaison 16 peuvent être branchés sur une alimentation en eau, de façon à faire par exemple le premier remplissage de l'installation lors de la mise en route ou après avoir vidé l'installation lors de travaux d'entretien, etc. Selon la figure 2, le dispositif se compose de deux colonnes ou enceintes 1, 4 comportant comme les colonnes précédentes des entrées et-des sorties de fumées et d'air portant les mêmes références-que ci-dessus. De façon particulière, dans le dispositif de la figure 2, les enceintes 1 et 4-sont superposées, ce qui permet de simplifier l'installation puisque le circuit 9 est remplacé par le circuit 9 ' qui relie simplement le fond 7 au dispositif de pulvérisation de projection de liquide Il qui se trouve dans la partie supérieure de la colonne 4, le fluide circulant par gravité si-bien qu'il est inutile de prévoir une pompe Pour éviter les communications de gaz en fonction des pressions respectives, il est prévu un siphon 9 " Des dispo- sitifs anti-retour, usuels, peuvent également être prévus dans la conduite de liaison 9 '. Le recyclage des liquides du fond 8 de la colonne 4 se fait par un circuit 13 muni d'une pompe 14 équivalent au moyen décrit à propos de la figure 1. Le second mode de réalisation de l'invention offre lorsqu'un montage superposé est possible, l'avantage de faciliter la régulation puisque le débit est conditionné uniquement par la pompe 14, les liquides du fond 7 de la colonne ou de l'enceinte l-passant automatiquement dans la partie supérieure de l'enceinte ou colonne 4. Les mêmes remarques que celles faites à propos du dispositif de la figure 1 s'appliquent également dans ce cas: les liquides peuvent soit être pulvérisés par les dispositifs il, 15 dans la partie haute des enceintes ou colonnes 4, 1; ces enceintes ou colonnes 4, i peuvent contenir des garnitures ou être sans garniture de ruissellement. 6 2508616 En résumé, le fond de chaque enceinte est relié à la partie supérieure de l'autre enceinte par des moyens de prélèvement de liquide et de condensat pour introduire ces liquides et condensats dans la partie supérieure de l'autre enceinte Les dispositifs décrits ci-dessus pour l'échange de la chaleur et des condensats peuvent s'appliquer de façon générale au traitement de gaz, pour humidifier/sécher et réchauffer/refroidir différents gaz par échange entre les veines de gaz. De tels dispositifs s'appliquent en particulier pour le traitement des fumées et de l'air comburant à la sortie et à la rentrée d'un foyer, quel que soit le type de combustion ou de combustible utilisé dans le foyer. 7 2508616 R E V E N D I C A T I 0 N S ) Dispositif de traitement de gaz relativement chauds et humides et de gaz relativement secs et frais, notamment de fumées de gaz comburants, d'un foyer pour récupérer la chaleur et éventuellement les condensats d'un gaz et réchauffer et humidifier l'autre gaz tel que les fumées et l'air comburant, dis- positif caractérisé en ce qu'il se compose de deux enceintes ( 1,4) dont l'une est traversée de bas en haut par les gaz chauds et humides et l'autre ( 4) est traversée de bas en haut par les gaz relativement secs et frais, le fond ( 7, 8) de chaque enceinte constituant un collecteur pour les condensats, le fond ( 7) de la F mière enceinte ( 1) étant relié à la partie haute ( 6, 11) de la seconde enceinte ( 4) par un moyen de prélèvement des} condensats ( 9, 10, 9 ', 9 ") pour introduire les condensats et le liquide dans la partie haute de la seconde colonne et les mettre en contact ave les gaz relativement sets et frais circulant dans cette enceinte, de même le fond ( 8) de la seconde enceinte ( 4) est relié à la partie supériçure de la première enceinte ( 1) par un moyen de prélèvement de condensat ( 13, 14) pour prélever les condensats du fond ( 8) et les introduire dans la partie haute de l'enceinte ( 1) versée par les gaz chauds et humides. 2.) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé que les moyens de prélèvement sont constitués par des conduites ( 9, 13) munies de pompes de circulation ( 10, 14). 3 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'une des enceintes ( 1) est placée au-dessus de l'autre enceinte ( 4) et le moyen de mise en communication du fond ( 7) de l'enceinte ( 1) et de la partie supérieure de l'enceinte ( 4) est assuré par une conduite ( 9 '), le moyen de communication relian le fond ( 8) de la seconde enceinte ( 4) et la partie supérieure de la première enceinte ( 1) étant constituée par une conduite ( 13) munie d'une pompe de circulation ( 14) 4 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'introduction des liquides dans la partie supé rieure des enceintes ( 1, 4) comporte des moyens de pulvérisation des liquides. ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les enceintes ( 1,,4) contiennent des éléments de ruissel lement ( 12, 17). 6 ) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé 8 2508616 en ce que les fonds ( 7, 8) des deux enceintes ( 1, 4) sont reiiés par une conduite de liaison ( 16). 7 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fond ( 7) de l'enceinte ( 1) traversée par les fumées est relié à la conduite d'évacuation ( 14) des condensats du foyer. 8 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fond ( 8) de l'enceinte ( 4) traversée par l'air comburant, est muni d'un dispositif d'évacuation ( 15) de trop plein en forme de siphon. 9 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les enceintes ( 1, 4) sont côte à c 8 te adjacentes ou coaxiales. ) Dispositif selon la revendication 5, caracté- risé en ce que les éléments de ruissellement ( 12, 17) contenus dans chaque enceinte ( 1, 4) sont des anneaux de raschig. 11 ) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la conduite ( 9 ') comporte un siphon ( 9 ").