Brevet FR2515329A1 — publié le 19830429

Echangeur de chaleur à tub Es de verre. L'invention est relative à un échangeur de cha- leur à tubes de verre, en particulier pour refroidir des fumées chaudes contenant des camposants corrosifs, échangeur du genre de ceux qui comportent une pluralité de tubes de verre disposés à distance et parallèlement les uns aux autres et à des parois latérales composées de tôles hautement résistantes à la corrosion, les extrémités des tubes de verre étant montées dans des plaques tubu- laires formées également par des tôles hautement résis- tantes à la corrosion, les fumées s'écoulant dans les tubes de verre tandis qu'un gaz propre, devant être ré- chauffé, s'écoule transversalement aux tubes de verre. Les échangeurs de chaleur à tubes de verre com- portant des plaques tubulaires et des parois latérales en acier hautement résistant à la corrosion, comme par exemple de l'acier au chrome nickel avec une teneur en nickel extrêmement élevée, sont utilisés de manière particulièrement avantageuse lorsque des fumées ayant des composants extrêmement agressifs doivent être refroi- dis, fumées dont la composition chimique, en grande partie, n'est pas susceptible d'être prédéterminée exac- tement Un domaine important de mise en oeuvre de tels échangeurs est celui des installation pour l'incinéra- tion des ordures Ils sont également utilisés lorsqu'il s'agit de se débarrasser des résidus de l'industrie automobile Dans ces deux cas également la composition chimique des fumées chaudes qui se dégagent n'est pas connue du fait que le mélange des matières à incinérer change continuellement. Les tubes de verre, de tels échangeurs de cha- leur à tuba Ede verre, sont parcourus par les fumées chaudes qui, ensuite, passent dans une installation de lavage à la suite de laquelle est branché un sépara- teur de gouttes, puis les fumées sous la forme d'un gaz propre refroidi circulent entre les parois laté- rales et les plaques tubulaires transversalement aux tubes de verre en les heurtant Le gaz propre de nouveau chauffé dans l'échangeur de chaleur est ensuite dirigé vers la cheminée. On a remarqué, maintenant, qu'en dépit de toutes les mesures de précaution prises en ce qui concerne le guidage des gaz et la matière utilisée pour les plaques tubulaires ainsi que pour les parois latérales, les parois latérales de l'échangeur de chaleur se corrodent pourtant après un temps de fonctionnement relativement court. L'invention a pour but de fournir un échangeur de chaleur à tubes de verre du type décrit- précédemment dans lequel peuvent être évités, pendant un plus long temps de fonctionnement, les dégâts causés aux parois latérales par la corrosion. On a trouvé que les causes de la corrosion rapide résident dans le fait que l'on passe au-dessous du point de rosée dans la région des parois latérales, car ces parois latérales viennent exclusivement en contact avec le gaz propre considérablement plus froid que les fumées En conséquence, les composants corrosifs du gaz exercent totalement leur action à cet endroit. Selon l'invneiton, un échangeur de chaleur à tubes de verre du genre défini précédemment est carac- térisé par le fait que des canaux d'écoulement s'éten- dant le long des parois latérales suivant la direction des tubes de verre sont formés pour conduire les fumées. Les canaux d'écoulement s'étendant le long des parois latérales suivant la direction des tubes de verre sont soumis maintenant également aux fumées chaudes. Pour cela, une partie des fumées devant s'écouler dans les tubes de verre est détournée en amont et est dirigée à travers les canaux d'écoulement De cette manière, le niveau de température sur les parois latérales peut être maintenu si haut qu'en aucun endroit on ne descende au- dessous du point de rosée et que les effets nuisibles de la corrosion soient empêchés Grâce à l'invention, qui permet d'assurer le niveau de température sur les parois latérales à l'aide des fumées chaudes ellesmêmes, un échangeur de chaleur comportant un chauffage des pa- rois latérales pratiquement intégré, sans énergie em- pruntée à une source étrangère, est ainsi créé. Bien qu'on puisse envisager de prévoir plusieurs ca- na Dx d'écoulement les uns à côté des autres, le long des deux parois latérales isolées thermiquement de l'environne- ment, selon un mode de réalisation avantageux de l'in- vention on prévoit des canaux d'écoulement qui s'étendent suivant toute la largeur des parois latérales Dans ce cas, ilspeuvent être divisés, le cas échéant, uniquement par des élàments de montage dans un but de stabilisation, dont les di- mensions des sections transversales sont cependanttelles qu'il n'y ait pas une résistance sensible à l'écoulement - Selon une autre caractéristique de l'invention, les canaux d'écoulement sont séparés par des parois in- termédiaires,en tôle hautement résistante à la corrosion, du gaz propre qui s'écoule transversalement aux tubes de verre en les heurtant et en les entourant Cette carac- téristique fait apparaltre,en particulierses propriétés avan- tageuses lorsqu'un échangeur de chaleur à tubes de verre déjà en place, et utilisé,doit être modifié ultérieurement Dans ce cas, il suffit, par exemple, de retirer les rangées de tubes immédiatement voisines-des parois latérales et d'introduire les parois intermédiaires Aussi bien les parois latérales que les parois intermédiaires demeurent au niveau de température nécessaire grâce aux fumées chaudes. Enfin, une caractéristique avantageuse de l'in- vention consiste en ce que les sections transversales d'entrée des canaux d'écoulement peuvent être modifiées. Dans le cas le plus simple, ceci peut être réalisé en retirant de la plaque tubulaire, recevant les tubes de verre, la partie située dans la région des canaux d'écoulement Cependant,par un agencement approprié des ouvertures d'admission de l'écoulement, on peut faire en sorte que le rapport pri- mitif du débit de fumée s'écoulant par les tubes de verre, compte tenu du refroidissement qui doit suivre, au débit de gaz propre passant transversalement dans l'échangeur soit maintenu. L'invention est décrite plus en détail ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation, non limitatif, représenté sur le dessin. La figure 1, de ce dessin, est une vue en élé- vation frontale schématique d'un échangeur de chaleur à tubesde verre construit selon l'invention; La figure 2, enfin, est une vue en plan schéma- tique de l'échangeur de chaleur à tubesde verre de la figure 1. L'échangeur de chaleur à tubesde verre 1 repré- senté sur les figures 1 et 2 se compose, pour l'essentiel, d'une plaque tubulaire supérieure 2 et d'une plaque tubu- laire inférieure 3, de tubes de verre 4, s'étendant entre les plaques tubulaires 2, 3, parallèles les uns aux autres et engagés dans les plaques tubulaires 2, 3,ainsi que de parois latérales 5 disposées verticalement et reliant l'une à l'autre, sur le côté, les plaques tubulaire 2, 3. Les parois latérales 5 sont séparées de l'environnement par une isolation thermique 6, par exemple en laine miné- rale. Aussi bien les deux plaques tubulaires 2, 3, que les deux parois latérales 5 sont réalisées enun acier au chrome nickel, avec une teneur en nickel extrêmement élevée. Comme les figures 1 et 2 le font apparaître, des régions 7 en forme de canal sont réalisées le long des parois latérales 5 et s'étendent sur la totalité de la largeur B de ces parois Les canaux 7 se développent suivant la direction des tubes de verre 4 Ils sont li- mités d'une part par les parois latérales 5 de l'échan- geur de chaleur à tubesde verre 1 et d'autre part par des parois intermédiaires 8 réalisées en un acier au chrome nickel avec une teneur en nickel extrêmement élevée Les faces frontales des canaux 7 sont fermées par des tôles 9 disposées en biais, réalisées dans la même matière que les parois 8 La disposition en biais sert à un meilleur guidage de l'écoulement Dans le même ordre d'idée, la figure 1 montre, en particulier, que les tubes de verre 4 ont été enlevées des canaux 7 Il s'agit donc de canaux 7 libres, de manière notable, d'éléments de montage ou analogues-Pour autant que des éléments de montage soient nécessaires, pour soutenir et appliquer les parois intermédiaires 8 contre les parois latérales , ils sont disposés suivant la direction longitudinale des tubes de verre 4 et sont pourvus d'une section trans- versale qui ne gêne pas l'écoulement dans les canaux 7. Le fonctionnement de l'échangeur de chaleur à tubes de verre représenté sur les figures 1 et 2 est le suivant. Selon la figure 1, les fumées chaudes HR s'é- coulent, par exemple, à partir du haut, dans un canal 11 vers l'échangeur de chaleur à tubes de verre 1 et pénètrent, d'une part, dans les tubes de verre 4 disposés à distance de manière qu'un espace existe entre eux,et,d'autre part,éga- lement dans les canaux d'écoulement latéraux 7 par l'intermédiaire des trous 10 prévus dans la plaque tubulaire supérieure 2 (voir fig 2) Les fumées HR ont une température par exemple de 3000 Cà leur entrée dans lestubesde verre 4 et dans les canaux d'écoulement 7. En quittant l'échangeur de chaleur d à tubes de verre, les fumées HR, maintenant refroidies à une température d'environ 2200 C, sont dirigées par un canal d'évacuation 12 vers une installation de lavage non re- présentée à la suite de laquelle est branché un séparateur de gouttes (également non représenté), o les fumées sont refroidies jusqu'à une température d'environ 700 C. Ces fumées refroidies forment le gaz propre RG lequel est maintenant introduit horizontalement, comme visible en particulier sur la figure 2, par un canal 13 dans l'échangeur de chaleur 1 à tubes de verre, de telle sorte qu'il s'écoule entre les plaques tubulaires supé- rieure et inférieure 2, 3, ainsi qu'entre les parois intermédiaires 8 en se répandant autour des tubes de verre 4 et de ce fait refroidit les fumées HR qui passent à l'intérieur des tubes de verre 4 Ainsi, le gaz propre RG s'échauffe jusqu'à une température d'environ 105 à 1100 C et est ensuite dirigé par un canal d'évacuation 14, vers une cheminée non représentée. REVENDICATIONS 1 Echangeur de chaleur à tubes de verre, en particulier pour refroidir des fumées chaudes comportant des composants corrosifs, lequel échangeur comporte une pluralité de tubes de verre disposés à distance et parallèlement les uns aux autres et à des parois latérales composées de tôles hautement résistantes à la corrosion, les extrémités des tubes de verre étant montées dans des plaques tubulaires formées également par des tôles hau- tement résistantes à la corrosion, les fumées s'écoulant dans les tubes de verre, tandis qu'un gaz propre, devant être réchauffé, s'écoule transversalement aux tubes de verre, caractérisé par le fait que des canaux d'écoulement ( 7) s'étendant le long des parois latérales ( 5) suivant la direction des tubes de verre ( 4) sont formés pour con- duire les fumées (HR). 2 Echangeur de chaleur à tubes de verre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les canaux d'écoulement ( 7) s'étendent suivant toute la largeur (B) des parois latérales ( 5). 3 Echangeur de chaleur à tubes dé verre selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les canaux d'écoulement ( 7) sont séparés du gaz propre (RG) qui s'écoule transversalement aux tubes de verre ( 4) en les entourant, par des parois intermédiaires ( 8) en tôle hautement résistante à la corrosion. 4.Echangeur de chaleur à tubes de verre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractéri- sé par le fait que les sections transversales d'entrée ( 10) des canaux d'écoulement ( 7) peuvent être modifiées.