Brevet FR2565338A1 — publié le 19851206

Panneau d'échange de chaleur à tubes verticaux, pour chaudières de récu- pération, telles que chaudières à liqueur noire ou sur fours d'inciné- ration d'ordures ménagères, et procédés pour sa fabrication La présente invention concerne un panneau d'échange de chaleur à tubes verticaux formant des boucles entre une entrée et une sortie par lesquelles ils sont suspendus à une structure rigide, et destinés à être en contact par leur surface extérieure avec des gaz chargés de suies. Elle s'étend en outre à des procédés de fabrication d'un tel panneau. Lorsque l'on utilise des panneaux de ce genre pour l'échange de chaleur avec des gaz chargés de suies (tels que des gaz d'incinération de liqueur noire de papeterie ou d'ordures ménagères) circulant à l'exté- rieur des tubes, et surtout lorsqu'ils sont espacés d'un pas (distance entre les axes des tubes) relativement important (par exemple double du diamètre des tubes), il se produit assez rapidement des dépôts de suies entre les tubes. Ceux-ci abaissent le coefficient d'échange de chaleur et provoquent parfois une forte corrosion des tubes, et ils sont diffi- ciles à éliminer par ramonage au Jet de vapeur. Pour remédier à ces difficultés, on a utilisé des panneaux de tubes d'écartement très faible (pas supérieur de quelques mm seulement au diamètre des tubes), en maintenant les tubes entre eux au moyen de petits ronds soudés de place en place entre ceux-ci. Le nettoyage de tels panneaux est plus facile, mais cette disposition nécessitait de nombreuses soudures manuelles, et ces soudures ne résistaient pas à la longue aux contraintes dues aux différences de température entre tubes et aux sollicitations agissant sur les panneaux. Elles entraînaient alors des fissurations et des fuites dans les tubes. La présente invention a pour but de procurer un panneau d'échange de chaleur avec des gaz chargés de suies, qui soit facile à nettoyer des dépôts de suies, mais soit en même temps de fabrication facile et mécani- sable et ne présente pas de fragilité de ses soudures. Le panneau d'échange de chaleur selon l'invention est caractérisé en ce que ses tubes sont distants les uns des autres d'un pas de peu supérieur à leur diamètre, en ce que les tubes de la partie centrale sont réunis entre eux par des ailettes, et en ce que les tubes extrêmes reliés -2directement à la structure de suspension sont solidarisés entre eux et avec le tube adjacent le plus proche par des organes de faible hauteur soudés de part et d'autre sur les tubes voisins à un niveau inférieur à celui des boucles supérieures du panneau, et sont réunis entre eux et avec le tube adjacent au-dessous des organes de solidarisation par des ailettes. Il répond en outre de préférence à au moins l'une des caractéris- tiques suivantes: - Les ailettes sont des éléments verticaux rapportés et soudés de part et d'autre sur les tubes voisins. - Les ailettes sont des éléments verticaux déposés par fusion directe de métal entre deux tubes voisins. - Les ailettes sont formées par la jonction par soudage de nervures en regard des tubes voisins. - La partie des ailettes entre les tubes extrêmes et le tube adjacent le plus proche est fendue dans la zone la plus proche des organes de solidarisation. - Le fond des fentes dans cette zone est formé par un trou circu- laire de diamètre supérieur à la largeur de la fente correspondante. Selon un premier procédé de fabrication du panneau de l'invention, on forme séparément deux à plusieurs circuits de tubes à extrémités en bouele, on les introduit les uns dans les autres, on dispose entre les tubes adjacents des éléments verticaux, puis on soude ces éléments avec les tubes adjacents à l'aide d'une machine de soudage en translation le long des tubes. Selon un autre procédé de fabrication de ce panneau, on assemble côte à e8te des tronçons de tubes droits, on forme des ailettes entre ces tubes, puis on soude sur leurs extrémités des boucles de raccordement. Pour former les ailettes, on peut: - soit disposer entre des tubes droits des éléments verticaux, puis souder ces éléments de part et d'autre sur les tubes adjacents - soit déposer ces ailettes par fusion directe de métal entre les tubes - soit assembler côte à côte des tubes droits munis de nervures dans un plan diamétral, et souder ces nervures entre elles. Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux - 3- figures du dessin annexé, un panneau d'échange de chaleur pour chaudière à récupération de chaleur par incinération de liqueur noire de papeterie ou d'ordures ménagères. La figure 1 représente en élévation l'ensemble du panneau. La figure 2 représente le détail II de la figure 1. La figure 3 représente une coupe par l'axe III-III de la figure 2. Les figures 4 et 5 représentent respectivement des coupes selon les axes IV-IV et V-V de la figure 1. Les figures 6, 7 et 8 représentent respectivement des coupes selon l'axe VI-VI de la figure 1, selon trois variantes de constitution des ailettes. Dans la figure 1, le panneau d'échange de chaleur se compose de deux tubes 1, 2 proches l'un de l'autre, et dont les convolutions sont imbriquées l'une dans l'autre. L'écartement de ces tubes a été exagéré pour plus de clarté. Ils sont suspendus par leurs extrémités d'entrée 1A et de sortie lB à des structures fixes 3 et 4. Par exemple, pour des tubes de diamètre extérieur 51 mm, leur pas (écartement de leurs axes) est de 60 ou 63 mm. Ces tubes forment à leur partie inférieure des boucles 5, 6, 7, 8 et à leur partie supérieure des boucles 9, 10, 11. Les tubes 1 et 2 sont reliés entre eux sur la plus grande partie de leur longueur par une ailette 12. Pour éviter que les efforts dûs à une éventuelle différence de dilatation dans la direction représentée par la flèche 13 entre le pan- neau et le système de suspension n'introduisent des contraintes exces- sives sur l'extrémité supérieure de l'ailette de jonction entreles tron- çons extrêmes des tubes reliées aux structures de suspension fixes et entre celles-ci et le tronçon adjacent, les deux tronçons extrêmes et le tronçon adjacent sont reliés par l'intermédiaire d'éléments de solidari- sation 14, 15, soudés sur les tubes adjacents selon des génératrices. Ces éléments sont représentés à plus grande échelle sur les figures 2 et 3, correspondant au détail II de la figure 1. L'élément 14 relie les tronçons de tube extrêmes 21 et 22, et l'élément 15 le tronçon 22 avec le tronçon adjacent 23 du panneau. Ces panneaux peuvent être doubles comme représenté figure 1, mais ils peuvent être simples, triples ou quadru- ples. Les éléments d'ailette de jonction 26, 27 (dont la largeur a été exagérée pour plus de clarté) s'arrêtent un peu au-dessous des éléments 14, 15. Pour donner de la souplesse à la liaison entre les tronçons de tube, la zone supérieure des ailettes comporte une fente telle que 28, se terminant par un trou circulaire 29 afin d'éviter une amorce de propagation de fissure. De la sorte, les contraintes dues aux dilatation différentielles se transmettent par les pièces 14, 15 et se dissipent dans l'ensemble du panneau. Par contre, les tronçons de tubes 23, 24, comme tous ceux de la partie centrale du panneau, sont solidarisés par une ailette continue 25.- La figure 4 représente une coupe par un plan horizontal dans la partie supérieure du panneau, au-dessus du niveau des éléments creux de solidarisation 14, 15. Les tronçons de tubes 21, 22 et 23 sont séparés les uns des autres, cependant que les tronçons 23, 24, 30, et ainsi de suite, sont reliés par une ailette. Par contre, dans la coupe représentée en figure 5, selon l'axe V-V de la figure 1, au-dessous du niveau des éléments creux de liaison 14, 15 tous les tronçons de tube 21, 22, 23, 24, 30, etc, sont solidarisés par une ailette. Les figures 6, 7 et 8 représentent trois variantes de constitution de l'ailette de jonction entre les tronçons de tubes. Elles correspon- dent à une coupe selon l'axe VI-VI de la figure 1. La figure 6 représente une ailette de jonction formée par des plats verticaux 34, 35, rapportés et soudés de chaque côté sur les tubes 31, 32, 33 selon des lignes de soudure telles que 36, 37. Les tubes peuvent comporter déjà leurs boucles d'extrémité et avoir été mis en place l'un à l'intérieur de l'autre, ou les boucles d'extrémités peuvent être soudées sur les extrémités des tronçons de tube après mise en place des ailettes; dans ce cas la machine à souder se déplace le long des axes des tubes. La figure 7 représente des ailettes de jonetion 38, 39 formées par dépôt de métal fondu entre les tronçons de tube adJacents 31, 32, 33, par une machine automatique fixe dans laquelle défilent les tubes. Les boucles d'extrémités sont soudées ultérieurement sur les extrémités des -5- tronçons de tube. La figure 8 représente des ailettes de Jonction 40, 41 formées par soudure de tubes 31, 32, 33 munis de nervures dans un plan diamétral. Dans ce cas également, la soudure des nervures entre elles s'effectue par une machine fixe. Les boucles d'extrémités sont soudées ultérieurement. Le panneau d'échange de chaleur selon l'invention s'applique plus particulièrement aux chaudières de récupération de chaleur par inciné- ration de liqueur noire de papeterie ou d'ordures ménagères, mais il convient dans tous les cas o l'on doit effectuer un échange de chaleur entre un fluide à réchauffer ou vaporiser circulant à l'intérieur des tubes et des gaz ou vapeurs chargés de poussières solides circulant autour de ceux-ci. - 6 - REVENDICATIONS 1/ Panneau d'échange de chaleur à tubes verticaux (1, 2) formant des boucles entre une entrée (1A) et une sortie (lB) par lesquelles ils sont suspendus à une structure rigide (3, 4), et destinés à être en contact par leur surface extérieure avec des gaz chargés de suies, caractérisé en ce que ses tubes sont distants les uns des autres d'un pas de peu supérieur à leur diamètre, en ce que les tubes de la partie centrale sont réunis entre eux par des ailettes, et en ce que les tubes extrêmes reliés directement à la structure de suspension sont solida- risés entre eux et avec le tube adjacent le plus proche par des organes de faible hauteur (14, 15) soudés de part et d'autre sur les tubes voisins (21, 22, 23) à un niveau inférieur à celui des boucles supé- rieures du panneau, et sont réunis entre eux et avec le tube adjacent au-dessous des organes de solidarisation par des ailettes (26). 2/ Panneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ailettes sont des éléments verticaux (34, 35, figure 6) rapportés et soudés de part et d'autre sur les tubes voisins. 3/ Panneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ailettes sont des éléments verticaux (38, 39, figure 7) déposés par fusion directe de métal entre deux tubes voisins. 4/ Panneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ailettes sont formées par la jonction par soudage de nervures (40, 41, figure 8) en regard des tubes voisins. / Panneau selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la partie des ailettes entre les tubes extrêmes et le tube adjacent le plus proche est fendue (28, figure 2) dans la zone la plus proche des organes de solidarisation. 6/ Panneau selon la revendication 5, caractérisé en ce que le fond des fentes est formé dans cette zone par un trou circulaire (29) de diamètre supérieur à la largeur de la fente correspondante. 7/ Procédé de fabrication d'un panneau d'échange de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on forme séparément deux ou plusieurs circuits de tubes à extrémités en boucle, en ce que l'on les introduit les uns dans les autres, en ce que l'on dispose entre les tubes adjacents des éléments verticaux, puis en ce que l'on soude ces éléments 7- avec les tubes adjacents à l'aide d'une machine de soudage en translation le long des tubes. 8/ Procédé de fabrication d'un panneau d'échange de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on assemble côte à côte des tronçons de tubes droits, en ce que l'on forme des ailettes entre ces tubes, puis en ce que l'on soude sur leurs extrémités des boucles de raccordement. 9/ Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on forme les ailettes en disposant entre des tronçons de tubes droits des éléments verticaux, puis en soudant ces éléments de part et d'autre sur les tubes adjacents. / Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on forme les ailettes en les déposant par fusion directe de métal entre des tronçons de tubes droits. 11/ Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on assemble c6te à côte des tronçons de tubes droits munis de nervures dans un plan diamétral, et en ce que l'on soude ces nervures entre elles.