Brevet FR2525758A1 — publié le 19831028

La présente invention concerne un échangeur de chaleur gaz-gaz à régénération et à structure en colonne comportant des éléments de transmission de chaleur qui circulent entre un gaz chaud et un gaz froid. On connatt différents types d'échangeurs de chaleur gaz-gaz à régénération En dehors des échangeurs de chaleur rotatifs comprenant une masse d'accumulation de chaleur en rotation ou bien des canaux de gaz en rotation, on connaît également de nombreuses réalisations faisant intervenir des couches en vrac ou des couches tourbillonnaires, dans lesquelles la chaleur est transmise d'un gaz chaud à des particules solides et de celles-ci au gaz froid à chauffer Dans les réalisations connues de ce type d'échangeurs de chaleur, on peut distinguer fondamentalement deux groupes Dans le premier groupe, on uti- lise comme particules solides de transmission de chaleur des particules fines de sable, des petites sphères de verre ou semblable Ces particules compactes, qui ont dans la plupart des cas une grosseur inférieure à 1 mm et qui peut atteindre dans certains cas de 5 à 10 mm, s'écoulent dans le gaz dans la plupart des cas à contre-courant, ou bien sont balayées par le gaz dans des lits formés par des couches tourbillonnaires. Les particules solides sont simultanément transportées du côté du gaz chaud vers le côté du gaz froid et en retour, dans certains cas par l'intermédiaire d'un accumulateur intercalaire (comme décrit, par exemple, dans les brevet GB 1 500 231, FR 2 452 689, GB 2 010 463 A, GB 1 375 238 et dans la demande de brevet allemand DE-OS 2 807 110). Dans le second groupe, on utilise comme éléments de trans- mission de chaleur des particules relativement grosses et lourdes, comme par exemple des pierres, des billes métalliques ou autres. Ces éléments forment, dans les segments de colonne ou bien dans les différentes chambres de l'échangeur de chaleur, des couches en vrac qui sont balayées par les gaz Les éléments sont égale- ment transportés cycliquement d'un côté parcouru par un gaz vers l'autre côté (comme décrit par exemple dans la demande de brevet allemand DE-OS 1 601 178). Dans les applications déterminées, les systèmes connus sont affectés par des inconvénients si grands qu'ils n'ont pu être utilisés industriellement Cela s'applique par exemple au réchauffage avec récupération de fumées épurées en voie humide. Des fumées contenant des substances nocives et provenant d'ins- tallations de combustion ou d'autres installations industrielles sont canalisées de plus en plus jusqu'à des installations de lavage A la sortie de ces installations de lavage, les gaz sont saturés en humidité Avant leur introduction dans l'at- mosphère, ces gaz doivent, dans de nombreux cas, être chauffés. Il serait techniquement et économiquement favorable que l'énergie nécessaire à cet effet soit prélevée dans les fumées chaudes avant leur pénétration dans l'installation de lavage Cela pose cependant un problème avec les échangeurs de chaleur connus. D'une part, les fumées non-épurées entraînent avec elles des particules de poussières et, d'autre part, lors du refroidis- sement de ces gaz dans l'échangeur de chaleur, on peut tomber en dessous du point de rosée de l'acide correspondant et, en outre, des gouttelettes et des résidus de l'agent d'absorption utilisé dans le dispositif de lavage sont entrainés dans le gaz épuré La coopération de ces substances solides et liquides entraînées par le gaz conduit à des dépôts et à des incrustations dans l'échangeur de chaleur Dans les échangeurs de chaleur rotatifs qui sont techniquement compliqués et par conséquent coûteux, il est nécessaire de faire intervenir des dispositifs supplémentaires de nettoyage qui sont assez complexes. Dans les échangeurs de chaleur décrits ci-dessus et faisant intervenir une matière à grains fins, il existe le risque que les particules produisent des dépôts et des agglomérats, en provoquant finalement un arrêt de l'échangeur de chaleur. Dans le cas des échangeurs de chaleur faisant intervenir de grosses particules sous la forme de couches en vrac, il se produit dans chaque cas de fortes pertes de pression et, pour de grandes quantités de gaz, comme par exemple dans des centrales thermiques o on peut atteindre des débits de 2 * 106 m 3/h, il est déjà difficile d'obtenir une répartition uniforme du gaz sur la grande surface d'échange. L'invention a en conséquence pour but de fournir un échangeur de chaleur gaz-gaz à régénération, qui permet d'établir un échange de chaleur intensif entre les courants de gaz chaud et de gaz froid, sans rencontrer les inconvénients précités des échangeurs de chaleur connus. Ce problème est résolu selon l'invention en ce que l'échan- geur de chaleur se compose de deux segments de colonne séparés comportant des fonds perméables au gaz, un segment étant placé dans le courant de gaz chaud et un segment étant placé dans le courant de gaz froid Les segments de colonne sont parcourus par les gaz du bas vers le haut Au- dessus des fonds, il est prévu des éléments de transmission de chaleur placés dans une couche tourbillonnaire Les éléments se déplacent par rapport au gaz à contre-courant en croix et ils sont transportés cycliquement, par l'intermédiaire de systèmes de transport à sas, d'un segment de colonne à un autre Une caractéristique importante de l'invention concerne le choix approprié des éléments de transmission de chaleur Les éléments doivent, d'une part, être suffisamment légers pour former au-dessus des fonds perméables au gaz des colonnes une couche tourbil- lonnaire et, d'autre part, ils doivent être suffisamment lourds pour que l'énergie engendrée lors du rebondissement et lors du frottement permette d'assurer un auto-nettoyage constant des éléments en cours de marche. On utilise avantageusement des billes ou des sphères creuses d'un diamètre de 20 à 100 mm, ainsi que des corps en forme de selles du même ordre de grandeur Le poids des différents éléments est compris de préférence entre 2 et 30 g, suivant leur grosseur et en fonction de la vitesse des gaz. Pour des applications déterminées, comme le réchauffage de fumées épurées en voie humide dans des centrales thermiques, il est particulièrement approprié d'utiliser, du fait du niveau des températures relativement bas d'environ 40 à 1500 C, des éléments en matière plastique qui sont caractérisés par une très bonne résistance à la corrosion. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence, dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels:- la Figure 1 représente un exemple de réalisation d'un échangeur à colonne conforme à l'invention; les Figures 2 et 3 représentent des exemples de réalisation d'un échangeur de chaleur à colonne servant au réchauffage de fumées épurées en voie humide. La Fig 1 représente un échangeur de chaleur à colonne comportant un segment 1 parcouru par le gaz chaud 3 et un seg- mrent 2 parcouru par le gaz froid 4 Au-dessus des fonds de colonne perméables augaz sont disposés les éléments de transmission de chaleur 6 sous la forme d'une couche tourbillonnaire Ils se déplacent par rapport au gaz à contre-courant en croix, ils sortent des segments de colonne 1 et 2 par l'intermédiaire de sas 7 et 8 et ils cont canalisés d'un segment de colonne vers l'autre par des canaux ze transfert 9 et 10. Les Fig 2 et 3 mc 1 tcent l'utilisation conforme à l'inven- tion d'un échangeur de chlaeu à col ornne pour le réchauffage de fumées épurées en voie humide Le gaz brut chaud 11 pénètre par l'intermédiaire du segment de coionnc 12 comportant les fonds 13 dans le dispositif de lavage 14 I 11 traverse le dispositif de lavage de bas en haut et il arrime, en arrière du séparateur de gouttes 11, dans le segment de colonne 16 dans lequel il reçoit la chaleur fournie par les eléleants 17 avant d'être introduit dans la cheminée 22 sous la forme d'un gaz épuré réchauffé 18 Tandis que les éléments 17 provenant du segment de colonne 16 parviennent sous l'effet de la gravité par l'intermédiaire d'un canal 21 dans le sas 19 et dans le seg- ment de colonne 12, le transport en sens inverse est effectué par le conduit 20 pneumatiquement à l'aide d'un courant partiel de gaz brut. Les Fig 2 et 3 montrent également comment, d'une manière avantageuse, le système de réchauffage peut etre intégré com- plltement ou partiellement à un dispositif de lavage de gaz. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur gaz-gaz à régénération et à struc- ture en colonne comportant des éléments de transmission de cha- leur qui reçoivent de la chaleur contenue dans un courant de gaz chaud, qui la cèdent à un courant de gaz froid et qui sont transportés cycliquement d'un courant de gaz dans l'autre, caractérisé en ce que les éléments de transmission de chaleur ( 6) forment en cours de marche une couche tourbillonnaire et en ce que celle-ci se déplace, par rapport aux gaz s'écoulant de bas en haut au travers des fonds ( 5) de colonne perméables aux gaz, au-dessus desdits fonds de colonne, à contre-courant en croix. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il est utilisé pour le réchauffage de gaz après un lavage en voie humide. 3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les colonnes de l'échangeur de cha- leur sont intégrées, pour le chauffage du gaz épuré et/ou pour l'absorption de chaleur à partir du gaz brut, dans la tête du dispositif de lavage et/ou dans la partie inférieure du dispo- sitif de lavage. 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, carac- térisé en ce que le gaz épuré réchauffé est canalisé directement depuis le segment de colonne servant au réchauffage ( 12) jusque dans la cheminée ( 22). 5. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on utilise comme éléments de transmission de chaleur des billes, des sphères creuses ou des corps en forme de selles ayant un poids compris entre 2 et 30 g et un diamètre ou bien une dimension compris entre 20 et mm. 6. Echangeur de chaleur selon la revendication 5, carac- térisé en ce que les éléments de transmission de chaleur ( 6) sont formés d'une matière plastique à laquelle on peut ajouter d'autres matières pour augmenter la conductibilité thermique et/ou la capacité d'accumulation de chaleur.