Brevet FR2629574A1 — publié le 19891006

La presente invention est relative à un rechauffeur d'air pour chaudières, fours et autres équipements thermiques similaires, dans lesquels:es produits de la combustion chauds et corrosifs sont utilisés pour réchauffer ce l'air froid. On sait que l'utilisation dans de tels équipements thermiques ce combustibles fossiles, en particulier liquides, génère des fumées qui comporten- des quantités plus ou moins importantes d'agents polluants et corrosifs tels que notamment des composés oxydés du soufre et des sels de sodium et de vanadium. 1. en résulte que des réchauffeurs d'air constitués de faisceaux de tubes places sur le trajet des gaz de combustion corrosifs avant leur rejet à l'atmosphère, sont soumis d'une part a des risques de corrosion a haute température par les sels de sodium'vanadium et d'autre part a des risques de corrosion a basse temperature par les condensations acides dues a la présence des oxydes de soufre. On connaît (voir notamment FR-A-2 454 598 - 2 545 197) des rechauffeura d'air à faisceaux tubulaires resiszant a ia corrosion provoquee par la condensation des vapeurs acides des fumees dans lesquels on soumet l'air arrivant dans les premiers tubes du faisceau a un prechauffa-e a haute température, de -manière que la température des tubes soit maintenue a une valeur superieure au point de rosée acide des tumees. Cependant, ces solutions connues n'empéchent pas la corrosion due aux sels de sodium et de vanadium étant donne que le préchauffage de l'air circulant dans les premiers tubes de faisceau. tubulaire soumis a l'action des fumees corrosives maintient ces premiers tubes a une température supérieure à la température critique de corrosion par ie sodium/vanadium. On comprend que pour éviter, ou à tout le moins réduire, simultanement les risques de corrosion par les composés oxydés du soufre et par les sels de sodium et de vanadium, il est impératif de maintenir la peau des tubes du réchauffeur en contact avec les fumées, d'une part à une température inférieure a la température critique de corrosion par le sodium/vanadium et.d'autre part à une température supérieure au point de rosée acide des fumées. Afin de tenter de résoudre ce problème, on a réalisé des réchauffeurs d'air à faisceaux tubulaires comportant un faisceau d'attaque constitué de tubes résistant à la corrosion et alimentés par de l'air à une température et un débit tels que la température de peau de ces tubes reste inférieure à la température critique de corrosion par les sels de sodium et de vanadium. Par ailleurs, er. vue de reduire les risques de corrosion par les condensations acides dues aux oxvaes de soufre, les dernieres passes, dans le sens de!'ecoulement des fumees, peuven.- être réalisés de façon antiméthodique (c'est a dire que les deux fluides: Iumee et air à réchauffer, circulent dans le même sens), ce qui permet d'éviter ure température trop basse des peaux de tubes. - On comprend que, selon cette solution, la conception des réchauiieurs d'air est figée dès le départ et il n'est plus possible ensuite de les adapter aux différentes conditions de marche habituellement rencontrées dans ies équipements situés en amont. Cette conception figée constitue donc ur inconvénient majeur car non seulement elle entraîne des baisses de rendement possibles mais encore elle ne permet pas de supprimer totalement les risques de corrosion dans les cas extrêmes de marche maximale et minimale. La presente invention se propose en consequence de pallier les inconvénients des solutions anterieures décrites ci-dessus en apportant un réchauffeur d'air qui comporte des moyens permettant d'adapter en permanence la température des tubes du faisceau tubulaire les plus soumis au risque ce corrosion. En conséquence, l'invention concerne un rechauffeur d'air résistant à la corrosion, utilisant des produits de combustion, provenant d'equipements thermiques, contenant des agents polluants et corrosifs tels que notamment des composes oxydes du soufre et des sels de sodium et de vanadium, qui compreid au moins un faisceau de tubes, parcourus par l'air à rechauffer, qui sont placés sur le trajet des fumées corrosives, avant leur rejet dans l'atmosphere, lesdites fumées corrosives circulant à contre-courant de l'air a rechauffer parcourant les tubes, ce rechauffeur étant caractérise en ce qu'il comporte un faisceau tubulaire de protection, placé en amont dudit faisceau de tubes, ce faisceau de protection étant alimenté par un courant constant d'air froid circulant dans le même sens que les fumées, ce débit d'air froid et la surface d'échange dudit faisceau de protection étant choisis dé manière que la température des premiers tubes du faisceau tubulaire du réchauffeur soit toujours inférieure à la température critique de corrosion par le sodium et le vanadium, et en ce que le débit constant d'air sortant dudit faisceau de protection est ensuite redistribue à l'entrée ou à la sortie du faisceau tubulaire du réchauffeur, en fonction des régimes de marche, de façon que la température de peau des tubes de ce.faisceau tubulaire soit toujours légèrement supérieure à la température du point de rosée acide des fumees. D'autres caractéristiques et avantages de la présente inven.tion ressortiront de la description faite ci-apres en réference au dessin annexe dont la figure unique est une vue schematique représentant un exemple de réalisation. non limitatif d'un réchauffeur d'air selon l'invention. En se référant au dessin, on voit que dans cet exemple de réalisation, le réchauffeur d'air désigné dans son ensemble par la référence 10, comprend deu:: faisceaux tubulaires 16, 18, de type méthodique, c'est à dire que l'air a réchauffer circule dans leurs tubes à contre courant des gaz de combustion corrosifs constituant le caloporteur. Ces faisceaux tubulaires 16, 18 sonJ positionnés dans le carneau 12 o circulent les produits de combustion corrosifs, perpendiculairement aux tubes des faisceaux 16, 18. Les faisceaux tubulaires 16, 16 sont alimentes en air a une temperature e0O par l'intermédiaire d'un ou de plusieurs ventilateurs tels que 14, 14', l'air circulant du premier faisceau 16 vers le second faisceau 18, en passant par une boîte de distribution inférieure 20, avant d'être évacué vers le four de l'installation thermique (non représenté) par un collecteur 22. Selon l'invention, on dispose dans le carneau 12, en amont des faisceaux tubulaires 16, 18, du réchauffeur 10, un faisceau de protection constitué ici par deux tubes 24, 24', alimentés en air à la température Ai par un ventilateur 2z. Ce ventilateur 26 peut, soit aspirer l'air directement de l'atmosphere, soit.être placé en dérivation (conduite en trait interrompu 28) sur le circuit d'alimentation du réchauffeur 10 par les ventilateurs 14, 14'. La pression de refoulement du ventilateur 26 est nettement supérieure à la pression régnant a l'entrée du réchauffeur 10. En raison du faible débit relatif du faisceau de protection 24, 24', on peut adopter une perte de charge et par conséquent une vitesse supérieure à la vitesse habituelle en vue de favoriser les échanges tubes/air et afin de mieux imposer la température de peau des tubes des faisceaux du réchauffeur 10 qui sont les plus sollicités par les fumées chaudes, en privilégiant notablement l'échange convectif air/tubes par rapport à l'échange tubes/fumées. Ainsi qu'on le voit sur la figure, le faisceau de protection 24, 24' est placé en amont de la dernière zone du réchauffeur méthodique 10, c'est.a dire devant les premiers tubes du faisceau 18 de ce réchauffeur et il est calcule en débit et en surface de manière à abaisser la température des fumées pour qu'en régime maximal de fonctionnement des équipements. thermiques situés en amont (non représentes sur la figure!, la température 6, des premiers tubes du faisceau 18 du rechauffeur, soit toujours inférieure à la temperature critique de corrosion par le sodium et le vanadium, cette température critique étant fonction de la qualité métallurgique des tubes et de la composition des fumées. En régime normal de fonctionnement, l'air chaud sort du faisceau de protection 24, 24' à une température es et il est dirigé vers le collecteur 2, grâce à la conduite 30 sur laquelle est montée une vanne 30' qui alimente ensuite le four, l'ensemble du réchauffeur fonctionnant avec un rendement optimal. Lors d'un fonctionnement en faible régime des équipements thermiques situés en amont du réchauffeur, à surface constante d'échange correspond un abaissement de la température des fumées tel que la température 82 des derniers tubes du faisceau 16 du réchauffeur risque de devenir inférieure à la température du point de rosée acide, ce qui soumettrait les tubes du réchauffeur 10 à un risque de corrosion par les condensations des composés oxydés du soufre, contenus dans les fumees, ce que veut précisement éviter l'invention. En conséquence, on dévie en totalité ou en partie le débit d'air chaud à la température e5 provenant du faisceau de protection 24, 24' vers la zone aval du collecteur 34 amenant l'air froid à température 6,:, au réchauffeur 10. On prévoit donc selon l'invention une conduite de dérivation 32, une vanne de régulation 32' pour amener l'air chaud à température 05 vers le collecteur 34. Ainsi, l'air délivre au faisceau tubulaire 16 du rechauffeur 10 est préchauffe à une température e, > Eo, cette température e, étant telle que la température eÄ de peau des tubes du réchauffeur est toujours supérieure à la température du point de rosée acide des fumées. Compte tenu de la pression dynamique disponible sur le circuit 32, il est possible de privilégier la ou les dernières nappes de tubes du réchauffeur 10 en réalisant le collecteur 34, de manière qu'il comporte des ajutages situés au droit des dernières nappes 16' des tubes du faisceau 16 du réchauffeur alimenté par le collecteur 34. La différence de pression entre la conduite 32 et la pression de refoulement des ventilateurs 14, 14' se traduit par une impulsion de Jets d'air, issus du collecteur 34, suffisante pour forcer cet air au travers des tubes précités du réchauffeur 10. Il est possible d'obtenir un effet similaire en subdivisant le collecteur d'entrée 34 du réchauffeur 10, en deux ou plus sous- collecteurs, ceux qui correspondent aux dernières nappes de tubes 16' étant alors alimentés de façon préférentielle par la conduite 32 en fonction des températures respectives 8e, à l'entrée du réchauffeur 10, et E-,, température de rejet à l'atmosphère des fumées ayant traversé le réchauffeur. 26295?4 De la lecture de la description qui precede. on comprend que l'invention permet: - d'une part d'assurer une température 8, a tous les régimes telle que.- température de peau 8O des tubes du faisceau 16 du réchauffeur 10 soit toujours légèrement supérieure à la température du point de rosée acide des fumées et - d'autre part de maintenir la température e3. des premières nappes ce tubes du faisceau 18 du réchauffeur 10, à une valeur qui est toujours inférieure à la température critique de corrosion par le sodium/vanadium. L'invention permet donc de réaliser un réchauffeur d'air qui élimine les risques de corrosion à haute température par les sels de sodium/vanadium et a basse température par les condensations acides dues à la présence de composes oxydés de soufre dans les fumées. Il demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation decrits ci-dessus mais qu'elle en englobe toutes les variantes. aBTed ua no Io ue 'aTAp Xjos 'îiBmdo:uaepuas un oaew;ueuuoT;ouo; ane;; nvqoae np elquesue8,l *'(01) nan;;nvogi nÉ U. p nolTo el ans '(8Z) uo u&çATip ep eiTnpuoo eun,p jT:;v 9:gos elzaiqdscm;vBl ap;Eama;oaaTp 4Tos 'laT,l:^uvjTdsv (9Z) JaBTtAS un rd quauTI ase (,s 'bZ> uoT;$oa;od ep naossT; el anb ao ue 9sTxq4ovmgo seuepeozid suoT;%oTpueAea sap eun,I uolas ae,p mneanoga -e (01) ina^;; nvqoga ;pnp aiTvlnqn% nveosiT; np ea%,ue,l î;%euuga uoTsseld l ç elneamqdns;ueaz;;eu %se Tnb uoTssead eun e aT ua 9%ueIr sea (,b 'bZ) uoToaomd ep nteosT; oZ el enb so uae gsTIaoio- 'Il uoT;oJpueAema el uoIes aTu,p mna nsqoga -z semnj sap apTov easom ep;uTod np ein% mgdare ml I aBinaTagdns;uem 2gSgl slno no. %os eaBlnqn% neosTe; ao ep saqn; sep nved ep ain;aguad; m enb uo5v; ap 'aqoim ep saeTg).z sap uo;ouo; ue '(01) inae; neqbi np aiTelnqn; nueose; np %aT;os -e e no eqauai e qnqTasTpaa eaTnsuea se uoT:oaeoid ep nveossT; 5i %Tpnp %uBIos iTv,p %ue:suoo:'qqp el enb eo ue;ae inxpuuea el;a =nTpos el avd uoTsoJxoo ap anbTqIJo ainmJid=e: l V aln9ean ul sinorno% 4Tos (01) jne;;nrqog np eaTuInqn% nsosTie; np (g)> seqn. saemlied sep aanmjpde% el anb eJmpuem ep sTsToqo;uv,%9 uoT.oaeomd ap nveo$s; %Tpnp eSuuqop,p eov;ns l:. pFoa; aTm,p Tqzp ao 'saaEn; sel enb sues am el suep %uvInomTo PToi; ITe,p %.utsuoo %ueanoo OI un xed,quecTI z uoT.oe:.oad ap neaosTt; ao '(g9 '>1) saqn'. ap ngeosTe; %Tpnp %uo=g ue 9olld '(I, 'tZ) uo;%oaozd ap amIsnqn; neaosTe; un eaodmoo IT,nb ao uae sTia9%oemao %uv;% lne;;nloga ao 'saqn% sea %uvanooaud ae;;nmqoga V Tv,l ep %uvanoo-ealuoo e %uvInoaîo seATso.aoo sean; sa%;psaI ',eqdsoms,1 suep %elea inel- %uAv 'seàtsomaoo seçcn; sep %ea% el ans sgovld %uos Tnb 'ma;; nogia ç ? iTv, awd snanooawd 'seqn. ep nueoslu; un suTom nu pueld[oo Tnb 'ImnTpvua ep ia =nTpos ap sles sap %e ea;nos np sppXxo ssodmoo sap;uemm; ou anb sie; s;Tsoimoo %a suvnllod s;ue2g sap;uvuaeuoo 'senbmxeq; s; uemedin5b,p %ueiaaoid 'uoT;snquoo ep sînpoud sap;umsTrT:n 'uoTsommoo vl v; u%;sTsgi ae,p inef;nmqo3e -I NSfOIlDIGfS!AgI vers la zone aval du collecteur (34) d'entrée d'air froid dans le réchauffeur (10). Réchauffeur d'air selon la revendication 4, caractérisé en ce que le collecteur (34) alimentant en air froid le réchauffeur (10) est muni d'aJutages situés au droit des dernières nappes (16') du tube du réchauffeur (10) alimentées par ce collecteur. 6- Réchauffeur d'air selon la revendication 4, caractérisé en ce que le collecteur (34) alimentant le réchauffeur (10) est subdivisé en au moins deux sous-collecteurs, ceux corresondant aux dernières nappes (16') des tubes du réchauffeur étant alors alimentés de façon préférentielle par la conduite (32)- amenant l'air réchauffé dans le faisceau de protection (24, 24'), en fonction de la température (8o0) d'entrée de l'air dans le réchauffeur (10) et de la température (e-7,) de reJet des fumées dans l'atmosphère, après passage au travers du réchauffeur (10).