Brevet FR2608744A1 — publié le 19880624

Enceinte pour la mise en contact d'un gaz chaud et d'un liquide froid. La présente invention concerne les enceintes dans lesquelles sont mis en contact direct un gaz chaud et un liquide froid. Ces enceintes peuvent constituer des échangeurs thermiques par contact direct afin de récupérer, par chauffage de l'eau pulvérisée dans l'enceinte, les calories du gaz qui peut être un gaz de combustion, des fumées ou des vapeurs, des tours de lavage dans lesquelles on épure les fumées ou même des enceintes de réaction pour assurer une réaction chimique endothermique entre un liquide relativement froid et un gaz chaud. La réalisation de ces enceintes pose des problèmes techniques en raison essentiellement de la température, en principe de plusieurs centaines de degrés1 du gaz chaud admis et de la nature très corrosive de certaines substances contenues dans le gaz ou produites par combinaison du gaz et du liquide telles que les acides nitriques, chlorhydriques et sulfuriques résultant du S02 du chlore et des oxydes d'azote contenus dans les gaz de combustion. A ce jour ces enceintes doivent, pour ces motifs, être réalisées en matériaux métalliques de très haute qualité qui ne sont même pas tou de tenue certaine aux agressions chimiques et le plus souvent en acier inoxydable, ce qui accroît le prix de revient de ces installations et grève leur rentabilité, alors que ces enceintes ne sont sujettes qu'à des surpressions faibles, ce qui élimine tout problème de résistance mécanique. La présente invention a pour but de réaliser de telles enceintes en matériaux synthétiques et notamment en matière plastique éWen- tellement armee. Les matériaux synthétiques et notamment les matières plastiques moulables paraissaient à priori exclues de telles applications parce que, si elles résistent bien aux agents chimiques corrosifs et permettent de réaliser des enceintes présentant une résistance mécanique suffisante avec un prix de revient très inférieur à celui des enceintes métalliques, notamment en acier inoxydable, elles ne résistent pas à des températures supérieures à une centaine de degrés. Il est toutefois apparu à l'inventeur qu'il devait être possible d'utiliser une matière plastique pour la réalisation d'une telle enceinte en respectant certaines conditions telles que 1 'irriga- tion des parois par le liquide froid, notamment l'eau, mis en oeuvre dans l'enceinte. I1 est connu de réaliser une telle irrigation de la paroi notamment dans un échangeur par échange direct du type décrit dans FR-A-2.528.556, l'eau étant pulvérisée depuis des gicleurs alignés selon l'axe de l'enceinte jusque sur la paroi de celle-ci le long de laquelle elle s'écoule pour être recueillie a la partie basse.Du fait de ce fonctionnement et quelle que soit la température d'admission des gaz chauds à traiter, l'eau est vaporisée jusqu'à la température de changement d'état avec abaissement immédiat de la température des gaz en dessous de cette température de changement d'état et l'eau en sortie est à une températu re obligatoirement inférieure à la température humide du gaz admis, donc inférieure à 100-C. I subsiste toutefois un problème du fait que, dans l'enceinte dont les parois sont ainsi irriguées, subsiste un point chaud au droit du raccordement entre l'enceinte et la conduite d'amenée du gaz chaud. Cette conduite débouche généralement radialement dans la paroi verticale de l'enceinte. La présente invention a en conséquence pour objet une enceinte pour la mise en contact d'un gaz chaud et d'un liquide froid caractérisée en ce qu'elle est réalisée avec des parois en matériau synthétique et notamment en matière plastique, au moins une partie de la surface intérieure des parois présentant une possibilité de lé- chage par le gaz chaud étant balayée par une couche du liquide mis en oeuvre dans l'enceinte, les autres parties de la paroi étant préservées de ce léchage et/ou soumises à un refroidissement accéléré. Pour préserver certaines parties du léchage par les gaz chauds et notamment les parties situées en face du débouché de la conduite d'amenée desdits gaz, on peut prévoir de diffuser devant lesdites parois le lit ide de la première buse de pulvérisation dont le je est dirigé vers le fond de l'enceinte. I1 serait également possible de disposer devant lesdites parties des déflecteurs en métal inoxydable, notamment creux, avec la cavité interne insérée dans le circuit d'amenée du liquide froid La protection de la paroi en matière plastique ou analogue contre i'échauffement doit s'étendre à la zone de jonction entre la con Conformément à l'invention et selon une autre caractéristique une longueur de paroi de raccordement est prévue à l'extrémité de la conduite d'amenée des gaz et cette longueur de paroi est soumise à un refroidissement forcé. Ce refroidissement forcé est de préféren- ce réalisé par une chemise annulaire parcourue par un fluide de refroidissement. Pour récupérer les calories prélevées sur le gaz chaud par l'intermédiaire de la chemise annulaire, le fluide de refroidissement est de préférence constitué par le liquide froid mis en oeuvre dans l'enceinte, la chemise annulaire étant intercalée dans la canalisation d'amenée du fluide froid assurant le balayage de la surface intérieure de la paroi de l'enceinte. L'enceinte ainsi réalisée est protégée contre toute surchauffe pouvant endommager sa paroi en matière plastique mais des incidents de fonctionnement restent susceptibles de se produire, le seul réellement susceptible d'endommager la paroi eant l'interruption de l'arrivée du liquide de refroidissement. Pcur éviter ce risque, on prévoit de façon connue une conduite de dérivation des gaz chauds en dehors de l'enceinte et le clapet ouvrant cette conduite et fermant le raccord d'accès à l'enceinte est asservi à au moins un détecteur d'absence d'arrivez du liquide de refroidissement dans la chemise annulaire du raccord d'accès des gaz chauds à l'enceinte. Toutefois, au début d'une période de fonctionnement de l'installation, le liquide de refroidissement peut ne pas être alimenté à 1 enceinte tant que les gaz chauds n'ont pas atteint une température minimale. En conséquence et selon une autre caractéristique, le fonctionnement du clapet est soumis au double asservissement d'un détecteur d'absence d'alimentation de liquide froid et d'un détecteur de la température des gaz chauds détectant le dépassement d'un seuil de température. De préférence le clapet est du type à rappel automatique, notamment sous l'effet de son poids propre, en position de déviation des gaz vers la conduite de dérivation, et est maintenu en position inactive de préférence après avoir été armé manuellement par un électro-aimant alimenté en parallèle par le détecteur détec tant l'alimentation en liquide froid et par le détecteur détectant une température des gaz chauds inférieure à la température de consigne, ou dispositif d'addition de signaux analogues. L'invention sera décrite plus en détail ci-après avec référence au dessin ci-annexé dont la figure unique est une vue en coupe schéma- tique de l'installation. Dans le dessin, la référence 1 désigne la paroi de l'enceinte qui est réalise en une matière plastique rigide éventuellement armée ayant un point de ramollissement qui peut, selon la résine, être inférieur à 1S'C. Cette enceinte cylindrique d'axe vertical est raccordée à sa partie supérieure à une canalisation 2 d'évacuation des gaz vers la cheminée et, de sa partie inférieure, part une canalisation 3 pour l'évacuation selon la flèche C du liquide qui a été mis au contact direct des gaz dans l'enceinte. La référence 4 désigne le dispositif de pulvérisation du liquide dans l'enceinte et 5 la conduite d'amenée du liquide E au dispositif de pulvérisation.Le liquide est pulvérisé selon des nappes coniques E' qui atteignent la paroi 1 de l'enceinte le long de laquelle au moins une partie du liquide s'écoule sous forme d'une nappe 6 pour être collecté au fond de l'enceinte. Les gaz chauds G sont amenés par une canalisation 7 qui débouche radialement dans l'enceinte, canalisation qui est en général en tôle. Ces gaz sont dispersés en G', se refroid:ssent en traversant le volume occupé par les nappes 6 jusqu'à une température inférieure à la température de vaporisation du liquide puis sont collectés en F' pour être évacués en F par la cheminée 2. Comme exposé ci-dessus, si les gaz en F' et l'eau formant la couche 6 sont à une température qui évite tout risque de ramollissement de la matière plastique constituant la paroi de l'enceinte, par contre la canalisation 7 est à une température voisine de celle des gaz G qui peut être de plusieurs centaines de degrés. En conséquence et conformément à l'invent , le raccordement entre la canalisation 7 et l'enceinte est assuré par une chemise annulaire 8 dont la cambre est parcourue par le liquide froid E qui la traverse avant d'être envoyé par la conduite 5 au dispositif de pulvérisation 4. Le flasque 9 entre la chemise annulaire 8 et la paroi 1 de l'enceinte est à une température très inférieure à celle de la canalisation 7 et inférieure à la température de vaporisation du liquide.La paroi 1 se trouve ainsi protégée contre tout point chaud tant que du liquide E circule dans la cheminée 8. Pour éviter le risque d'endommagement de 1 enceinte par un arrêt accidentel de l'alimentation en liquide, une conduite de dériva- tion 10 est branchée sur la canalisation 7 pour 1 envoi des ga G directement à la cheminée par F'. La dérivation du flu gazeu:: G vers cette conduite 10 est contrôlée par un clapet 11 articulé en 12 et éventuellement chargé par une masse 13 pour s'ouvrir automatiquement (position représentée en pointillés) malgré la différen- ce de pression entre celle régnant dans la conduite 7 et celle ré- gnant dans la conduite 10. Le clapet 11 s'ouvrant automatiquement selon un principe bien connu dans les dispositifs de sécurité, il est maintenu dans sa posi tion d'envoi des gaz G vers l'enceinte 1, position dans laquelle il doit de préférence être amené manuellement, par un dispositif de maintien asservi à au moins la présence de liquide dans la chemise 8. Le dispositif de maintien est représenté comme réalisé par une bobine électromagnétique 14 qui attire une armature 15 portée par un bras 16 solidaire du volet 11. I1 est évident qu'il pourrait également s'agir d'un teur électrique reversible alimenté par un contacteur fermé par ladite bobine ou tout autre dispositif connu analogue. Pour obtenir l'ouverture du volet 11 dans le cas d'absence de liquide, la présence de liquide dans la chemise est détectée par un détecteur 17 qui met sous tension par 18 l'enroulement de la bobine 14. Toutefois l'envoi de l'eau à l'enceinte peut être interrompu lorsque les gaz G sont à basse température, par exemple au démarrage de l'installation, les gaz devant néanmoins être envoyés dans l'enceInte. Pour réaliser cette condition, un thermostat 19 détecte la température des gaz G et met sous tension par 20, lorsque cette température est inférieure au point de consigne, la bobine 14 de l'électro-aimant pour maintenir le volet 11 dans la pos- tion de fermeture représentée en traits pleins. Par contre, lorsqu'il y a à la fois absence de liquide et température des gaz supérieure au point de consigne, la bobine 14 n'est plus alimentée et le volet 11 tombe dans la position représentée en pointillés, position dans laquelle il reste jusqu'à ce qu'il soit ramené manuellement dans la position représentée en traits pleins. Revendications 1. Enceinte pour la mise en contact d'un gaz chaud et d'un liquide froid, caractérisée en ce qu'elle est réalisée avec des parois (1) en matériau synthétique et notamment en matière plastique, au moins une partie de la surface intérieure S parois présentant une possibilité de léchage par le gaz chaud étant balayée par une couche (6) du liquide mis en oeuvre dans l'enceinte, les autres parties de la paroi état préservées de ce léchage et/ou soumises à un refroidissement accéléré. 2. Enceinte selon la revendication 1, caractérisée en ce que, pour préserver certaines parties du lécha- ge par les gaz chauds et notamment les parties situées en face du débouché de la conduite (;) d'amenée desdits gaz, on diffuse devant lesdites parois le liquide de la première buse de pulvérisation dont le jet est dirigé vers le fond de l'enceinte. 3. Enceinte selon la revendication 1, caractérisée en ce que, pour préserver certaines parties du léchage par les gaz chauds et notamment les parties situées en face du débouché de la conduite (7) d'amenée desdits gaz, on prévoit devant lesdites parties des déflecteurs en métal inoxydable, notamment creux, avec la cavité interne insérée dans le circuit (D) d'amenée du liquide froid aux organes (4) de dispersion dudit liquide dans l'enceinte. 4. Enceinte selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'une longueur (8) de paroi de raccordement en métal est prévue à l'extrémité de la conduite d'amenée des gaz chauds et cette longueur de paroi est soumise à un refroidissement forcé. o. Enceinte selon la revendication 4, caractérisée en ce que le refroidissement forcé est réalisé par une chemise annulaire (8) parcourue par un fluide de refroidissement. 6. Enceinte selon la revendication 5, caractérisée en ce que le fluide de refroidissement est constitue par le liquide froid (E) mis en oeuvre dans l'enceinte (1), la chemise annulaire (8) étant intercalée dans la canalisation (5) d'amenée du fluide froid assurant le balayage de la surface intérieure de la paroi (1) de l'enceinte. ;. Enceinte selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte une conduite de dérivation (10) des gaz chauds en dehors de l'enceinte (1) et le clapet (11) ouvrant cette conduite et fermant le raccord d'accès de l'enceinte est asservi à au moins un détecteur (lt) d'absence d'arrivée du liquide de refroidissement dans la chemise annulaire (8) du raccord d'accès des gaz chauds à l'enceinte. 8. Enceinte selon la revendication 7, caractérisée en ce que le fonctionnement du clapet est soumis au double asservissement d'un détecteur (17) d'absence d'alimentation de liquide froid et d'un détecteur (19) de la température des gaz chauds détectant le dépassement d'un seuil de température.