Brevet FR2501832A1 — publié le 19820917

La présente invention a pour but d'épurer les fumées de chaudières classiques, d'incinérateurs ou autres sources de gaz chauds, en associant dans le processus d'épuration des moyens permettant de récupérer les calories contenues dans les fumées à épurer, et disposés de telle sorte que les effets de la oorrosion sont limités. La crise de l'énergie oblige de plus en plus à brûler des combustibles de basse qualité Souvent très chargés en soufre, dont les imbru^lés solides (fumerons chargés d'acide sulfurique et autres composées et résidus du soufre) provoquent des excès de pollution, qui par les troubles sur la santé et les dégradations matérielles (b timents,...) ou organiques (végétaux,...) qui en résultent, posent d'une façon accrue la nécessité 10) d' épurer ces fumées d'autant plus corrosives et toxiques que le taux de soufre des combustibles est élevé. 20) de diminuer le gaspillage de l'énergie en récupérant les calories perdues dans les fumées dont la température habituelle est de 200 à 2800 C. Actuellement, il existe divers types d'épurateurs de fumées (par dépoussiérage centrifuge, lavage, filtres...) ainsi que des récupérateurs de calories sur les fumées ou gaz de combustion (tels que échangeurs à plaques, à serpentins...). Mais les appareils actuels d'épuration ou de récupération d'énergie sur les fumées n'associent pas ces deux fonctions, de sorte que les échangeurs habituels s'encrassent (ce qui diminue l'échange thermique) et se corrodent (ce qui les rend trop onéreux). I1 est donc du plus haut intérêt d'associer l'épuration avec la récupération thermique sur les fumées car les chaudières classiques ellesmêmes gaspillent l'énergie, puisqu'elles doivent évacuer leurs fumées à une teppérature élevée, comprise entre 2000 et 2800, afin de garder une marge de sécurité contre le danger des corrosions sulfuriques qui se produisent dès que les fumées s'abaissent aux températures de 1500/1600 (point de rosée sulfurique). La présente invention permet de réunir en un seul appareil les fonctions jusque là distinctes de 1' épuration des fumées et de la récupération calori fique. En effet, l'appareil, objet de la présente invention, est constitué d'une enveloppe cylindrique verticale et calorifugée, fermée à sa partie supérieure par un couvercle calorifugé, et reposant sur un socle creux pourvu de msyens d'accès. Une ouverture en partie haute de l'enveloppe cylindrique permet l'admission tangentielle des fumées provenant de la chaudière productrice d'énergie. le couvercle calorifugé est percé en son centre dune ouverture permettant le passage d'un conduit tubulaire vertical et calorifugé, plongeant dans la partie centrale de l'enveloppe cylindrique, ce conduit étant destiné à la sortie des fumées épurées et refroidies. Selon une variante, ce conduit d'évacuation est formé de plusieurs virolles de diamètre décroissant vers le haut, que l'on peut faire coulisser les unes dans les autres à l'aide de deux tirettes parallèles extérieures montées sur deux tiges parallèles au conduit et fixées sur la virolle la plus basse qui est la plus large, ceci, afin de dégager le centre de l'appareil, par relevage du conduit central. Selon une seconde variante, à l'intérieur de la chambre cylindrique le conduit est formé d'un tube unique calorifugé et de diamètre constant, qui après débranchement et coulissage vers le haut, permet également de dégager le centre de l'appareil. Selon une autre variante, une zone non calorifugée située sur la partie la plus haute du conduit à l'intérieur de la chambre cylindrique, lequel est en métal, permet sur une hauteur réglable par enlèvement en sa partie haute de manchons calorifugés, de réinjecter des calories dans les fumées et gaz traités, afin d'augmenter leur vitesse de sortie. A I'intérieur de la chambre cylindrique, entre l'enveloppe et le tube central d ' évacuation des fumées, sont disposés des échangeurs tubulaires serpentins, concentriques les uns aux autres, qui forment ainsi une sorte de couloir descendant en spirale depuis l'admission haute des fumées jusqu'à une certaine hauteur avant la base du tube central d'évacuation. Un léger espacement est laissé entre chacun des tubes constituants en quelque sorte les parois du couloir descendant en spirale, qui canalise ainsi les fumées depuis leur admission haute, jusqu'à la base de l'enveloppe. Cet espacement permet d'une part, la liEre dilatation des tubes entre eux, et d'autre part la libre chute vers le bas, d'étage en étage, des poussières ou résidus contenus dans les fumées, évitant lgencrassement des tubes par stagnation. Les gaz, en parcourant ce couloir spiralolde du haut vers le bas, décrivent un mouvement giratoire en tournant autour du conduit central calorifugé, et subissent ainsi deux effets principaux : - 10) Un dépoussiérage centrifuge des imbrés ou résidus divers qui tcmbent dans le récipient contenu dans l'embase sur laquelle repose ltensemble du dispositif. - 20) La récupération des calories des fumees, par echange thermique avec les tubes échangeurs constituants le couloir spiraloIde, qui véhiculent un liquide (eau ou caloporteur). Cette récupération est d'autant plus importante que le parrxxlrs en spirale des gaz permet un temps de oontact forcé et prolongé fumées - tubes. Selon une variante, les échangeurs tubulaires spiraloldes sont disposés en étages superposés et indépendants les uns des autres, mais raccordés sur des collecteurs départ et retour verticaux placés à l'extérieur et de chaque cté de l'ensemble. Le racordesent sur les collecteurs, de chaque étage d'échangeurs, comporte des vannes d'isolement et raccords permettant le démontage pour échange standard d'un étage d'échangeurs éventuellement corrodé, tel que celui de l'étage le plus bas susceptible de subir au maximum la corrosion sulfurique, puisque étant dans la zone la plus refroidie des fumées. Des portes disposées dans l'enveloppe calorifugée permettent de retirer le ou les échangeurs corrodés en faisant coulisser ceux-ci horizontalement après relevage du conduit central. Selon une autre variante, le couloir spiralolde de passage des fumées peut cunporter d'autres serpentins tubulaires disposés à l'intérieur de ce couloir, afin d'augmenter la surface d'échange. Selon une autre variante, une vis d'archimede, disposée autour du conduit calorifugé d'évacuation des fumets, remplace les échangeurs tubulaires les plus centraux. Dans ce cas, les virolles du conduit d'évacuation sur lesquelles sont fixés les tronçons de vis d'archimbde coulissent horizontalement avec les étages d' échangeurs, apyres décrochage de oeux-ci. Des portes d'accès sont pratiquées sur l'enveloppe cylindrique verticale oorrespondant soit à la hauteur totale de la zone d'échange thermique, soit à la hauteur de chaque étage d'un groupe d'échangeurs thermiques, permettant l'entretien ou le remplacement d'un étage indépendant d ' échangeurs. En outre, et afin de combattre la oorrosion, des pulvErisateurs sont disposés en partie basse, en dessous du dernier étage d'échangeurs, avant 1 'évacuation des fumées par le conduit central. Ces pulvérisateurs injectent un liquide neutralisant, la pulvérisation étant orientée dans le sens du passage des fumées, afin d'accentuer leur noevement centrifuge. Les dessins annexés représentent : - fig. 1 : une vue en perspective de l'appareil ; - fig. 2 : une vue en coupe verticale suivant AA de la figure 1 - fig. 3 : une vue en coupe horizontale suivant BB de la figure 2 - fig. 4 : une vue détaillée avec agrandissement d'une tirette avec clavette de blocage. Telle qu'elle est représentée,l'invention est composée d'une enveloppe cylindrique 1 verticale et calorifugée, fermée au sommet par une paroi 2 horizontale, également calorifugée et reposant sur un socle creux 3 contenant un récipient amovible 4 dans lequel tombent les fumerons, condensatset résidus. Une ouverture 5 pratiquée dans le haut de la paroi de l'enveloppe verticale 1 et reliée à un conduit 6 permet l'admission tangentielle des fumées ou gaz dans la chambre cylindrique 7. Un tube central 8 destiné à l'évacuation des fumées ou gaz traverse la paroi horizontale 2 et calorifugée qui ferme le haut de la chambre cylindrique 7, en laissant à sa base un espace destiné à la circulation des fumées traitées. Ce conduit d'évacuation 8 est constitué à I'intérieur de la chambre cylindrique 7, de plusieurs virolles 9 de diamètre croissant vers le bas, permettant de les faire coulisser les unes dans les autres du bas vers le haut. Ces virolles 9 sont calorifugées d'une façon uniforme à l'exception de la virolle supérieure qui, elle, est pourvue d'un ou plusieurs manchons 10 calorifugés, amovibles, qui permettent de laisser en haut de cette virolle un espace réglable non calorifugé permettant ainsi de réchauffer plus ou moins les fumées épurées et refroidies, pour régler la perte de charge. Ces différentes virolles concentriques 9 sont suspendues les unes aux autres par des rebords supérieurs 11 et inférieurs 12 qui permettent outre l'étanchéite. du conduit, leur relevage par coulissage vers la partie haute de la chambre 7. De plus, la virolle 9 la plus basse comporte des tiges 13 traversant le couvercle calorifugé 2 et pourvues de fentes 14 permettant l'insertion de clavettes 15 de blocage à la position désirée. Ce relevage éventuel des virolles 9 constituant le conduit d'évacuation 8 permet d'une part de régler la hauteur optimum du conduit d'évacuation 8 en fonction de la perte de charge admissible suivant les cas d'application, et d'autre part, de dégager le centre de la chambre 7 pour des manoeuvres éventuelles de remplacement d'organes internes décrits ci-après. Les fumées pénétrant par le conduit d'admission 6 sont canalisées dans un espace délimité verticalement par les parois calorifugées de l'enveloppe cylindrique 1 et celles du conduit central d'évacuation 8, et sur les plans horizontaux haut et bas par des parois non étanches constituées par des tubes échangeurs 16 concentriques formant des serpentins et contenant de l'eau ou autre liquide caloporteur, qui délimitent ainsi un couloir spira bide 17 descendant depuis l'admission haute jusqu'à la zone d'évacuation basse au niveau du conduit 8. Ces échangeurs tubulaires 16 serpentins sont fractionnés en plusieurs éléments indépendants placés sur des étages superposés et coulissant horizontalement sur des rails. Les tubes échangeurs 16 sont raccordés au niveau de chaque module indépendant sur des collecteurs individuels départ 18.et retour 19 eux-même raccordés sur les collecteurs généraux départ 20 et retour 21. Des vannes 22 situées sur chacun de ces collecteurs individuels 18 et 19 permettent d'isoler chaque étage d'échangeurs 16 afin de pouvoir procéder à leur reparation ou remplacement. Des panneaux ouvrants 23 sont disposés sur une hauteur et une largeur permettant le coulissage des éléments indépendants d'échangeurs 16. REVENDICATIONS 1. Epurateur-echangeur thermique composé d'une chambre cylindrique (7) verticale et calorifugée reposant sur un socle (3) dans lequel se trouve un tiroir amovible (4), et avec admission tangentielle des fumées en partie haute et évacuation par un conduit central (8) plongeant jusque dans le bas de la chambre (7), caractérisé en ce que les éléments internes sont disposés de façon à pouvoir effectuer à la fois le dépoussiérage centrifuge des fumées et gaz, et la récupération très poussée des calories tout en permettant de combattre efficacement les effets de la corrosion. 2. Eurateur-échangeur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit (8) d'évacuation des fumées est constitué d'un tube calorifugé plongeant à travers le couvercle (2) jusque dans le bas de la chambre cylindrique (7) et coulissant vers le haut après déboitage, afin de laisser libre la partie centrale de l'appareil. 3. Epurateur-echangeur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit (8) d'évacuation des fumées est constitué de plusieurs virolles (9) calorifugées de longueurs égales et de diamètres décroissant vers le haut, et munies de rebords supérieurs (11) et inférieurs (12) disposés de telle sorte que les virolles (9) sont suspendues les unes aux autres, et s'emboitent en remontant les unes dans les autres par coulissage. 4. Eplrateur-échangeur thermique selon les revendications I et 3 caractérisé en ce que des tirettes (13) sont fixées sur la virolle (9) inférieure du conduit d'évacuation (8) remontant parallèlement au conduit (8) et traversant le couvercle calorifugé (2). Ces tirettes (13) sont pourvues sur toute leur longueur de fentes (14) qui permettent l'insertion de clavettes de blocage (15) pour maintenir les tirettes (13) à la hauteur désirée du remontage des virolles (9) inférieures. 5. Epurateur-echangeur thermique selon les revendications 1 et 2 ou 3 caractérisé en ce que à 1' intérieur de la chambre cylindrique (7), la partie la plus haute du conduit d'évacuation des fumées (8) comporte une zone non calorifugée qui permet de réinjecter des calories dans la sortie des fumées épurées et refroidies, afin d'augmenter leur vitesse de sortie. Cette partie supérieure du conduit (8) est pourvue en dessous de la zone non calorifugée, de manchons amovibles calorifugés (10), O), dont l'adjonction ou enlèvement permet d'augmenter ou diminuer si nécessaire la zone de réchauffage des fumées épurées. 6. Epurateur-echangeur thermique selon la revendication 1 caractérisé en ce que des échangeurs tubulaires serpentins (16), concentriques les uns aux autres, sont disposés à 1 'intérieur de la chambre cylindrique (7) et forment ainsi une sorte de couloir spiralolde (17) descendant depuis l'admission haute (6) des fumées jusqu'à une certaine hauteur avant la base du tube central d'évacuation (8). Un léger espacement est laissé entre chacun des tubes échangeurs (16) constituant en quelque sorte les parois du couloir spiralolde (17) descendant, afin de permettre la libre dilatation de ces tubes (16) et la libre chute vers le bas d'étage en étage, des poussières ou résidus contenus dans les fumées, évitant ainsi l'encrassement des tubes (16) par stagnation. 7. Epurateur-echangeur thermique selon les revendications 1 et 6 caractérisé en ce que des échangeurs tubulaires serpentins (16) supplémen- taires sont disposés à l'intérieur du couloir spiraloide (17) descendbat, afin d'augmenter la surface d'échange. 8. $lrateur-échangeur thermique selon les revendications 1 et 6 caractérisé en ce qu'une vis d'Archimède disposée autour du conduit (8) calorifugé d'évacuation des fumées remplace les échangeurs tubulaires (16) serpentins les plus centraux, et accentue le mouvement giratoire des fumées. 9. Epurateur-echangeur thermique selon les revendications 1 et 6, 7 ou 8, caractérisé en ce que les échangeurs tubulaires serpentins (16) sont disposés en étages superposés et indépeniants, et sont raccordés au niveau de chaque étage par des collecteurs individuels (18) et (19) reliés aux collecteurs principaux d'arrivée (21) et départ (20) du liquide caloporteur. Ceci afin de permettre après la fermeture de vannes (22), le débranchement des collecteurs individuels (18 et 19) et le dégagement du centre de l'appareil (relevage du conduit (8) d'évacuation des fumées ou décrochage d'une virolle (9) avec le tronçon correspondant de la vis d'Archimède) de faire coulisser horizontalement un bloc d'échangeurs thermiques (16) eventuel lemen P dé pour procéder aux réparations au à 1 'échange standard. 11. Epurateur-echangeur thermique selon la revendication 1 caractérisé en ce que des portes ou panneaux ouvrants (23) sont pratiqués sur 1 'enveloppe cylindrique verticale (1), dont la largeur correspond au diamètre d'un bloc d'échangeurs tubulaires et dont la hauteur correspond à celle d'un élément d'échangeurs tubulaires indépendant. 12. Eurateur-échangeur thermique selon la revendication 1 caractérisé en ce que des pulvérisateurs disposés en partie basse sous les échangeurs (16) injectent une poudre ou un liquide neutralisant soit pendant une période d'arrêt de la chaudière emettant les fumées, soit pendant la marche de celle-ci.