Brevet FR2778968A1 — publié le 19991126

L'invention concerne un dispositif pour l'entrée d'un gaz chaud dans un tube à surfaces chauffantes d'une chaudière à récupération de chaleur comportant une enveloppe extérieure, qui est reliée à la paroi de la chaudière, notamment au fond, et est épaissie au niveau de son extrémité inférieure, un tube d'entrée, qui se raccorde à l'enveloppe extérieure par l'intermédiaire d'une partie de renvoi arrondie moyennant la formation d'une ouverture d'entrée pour le gaz chaud, et est entouré à distance par l'enveloppe extérieure, et possédant une section d'introduction de forme rétrécie conique et une section d'évacuation reliée au tube à surfaces chauffantes, et comportant une structure interne de guidage du fluide de refroidissement, disposée entre l'enveloppe extérieure et le tube d'entrée et qui s'étend jusqu'à proximité du capot de renvoi. D'après le prospectus "Verfahrenstechnik Anlagen- und Apparatebau Komponenten und Teilkreislâufe" (1986) page 19 du déposant on connaît un dispositif du type indiqué précédemment, dans lequel l'enveloppe extérieure n'est par contre pas épaissie au niveau de son extrémité inférieure. Dans le cas de chaudières à récupération de chaleur chargées par un gaz chaud, la zone critique se situe au niveau de l'entrée des gaz chauds dans les tubes à surfaces chauffantes. Dans le cas o les dispositifs d'entrée sont chargés par des gaz chauds ayant une température atteignant jusqu'à environ 1500 C, qui proviennent par exemple de la décomposition non-catalytique d'hydrocarbures sous des pressions élevées, les dispositifs d'entrée sont soumis à une contrainte thermique extrêmement élevée. En outre en raison de la géométrie des tubes et de la pression intérieure élevée de la chaudière remplie d'eau, il apparaît des contraintes élevées et il faut tenir compte de dilatations thermiques importantes. Ceci conduit à des épaisseurs de paroi importantes, notamment dans l'enveloppe extérieure et dans la zone de renvoi et par conséquent à des températures de paroi élevées, ce qui limite la puissance de la chaudière à récupération de chaleur sous la forme du débit de gaz. Dans une autre forme de réalisation du dispositif connu d'après ce prospectus, l'enveloppe extérieure est épaissie au niveau de son extrémité inférieure, de manière à garantir une meilleure réception des forces de pression intérieures. La présente invention a pour but d'améliorer le refroidissement dans la zone de l'épaississement et de la partie de renvoi. Ce problème est résolu grâce au fait qu'au moins l'enveloppe extérieure comporte dans la zone de son épaississement, sur sa face intérieure, des rainures qui sont réparties d'une manière essentiellement uniforme dans la direction circonférentielle et s'étendent essentiellement dans la direction axiale. Selon une autre caractéristique de l'invention, les rainures sont formées par fraisage dans la paroi intérieure de l'enveloppe extérieure. Selon une autre caractéristique de l'invention, les rainures sont définies par des barrettes séparées soudées sur la paroi intérieure de l'enveloppe extérieure. Selon une autre caractéristique de l'invention, les rainures sont formées dans une pièce moulée monobloc. Il est en outre approprié que la profondeur des rainures augmente continûment dans la direction d'écoulement du fluide de refroidissement vers la partie de renvoi. Enfin il est préférable que les rainures se prolongent dans la partie de renvoi arrondie, le fond des rainures suivant sensiblement la courbure de la partie de renvoi, tandis que la profondeur des rainures diminue continûment en direction du tube d'entrée, grâce à quoi on obtient un refroidissement particulièrement efficace de la partie de renvoi. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente une coupe verticale partielle d'une forme de réalisation du dispositif selon l'invention, la représentation étant comparable à l'image indiquée: "zone conique refroidie d'entrée dans les tubes à surfaces chauffantes", en haut de la page 19 du prospectus indiqué; - la figure 2 représente une coupe prise suivant la ligne II-II sur la figure 1; et - la figure 3 représente une coupe prise suivant la ligne III-III sur la figure 1. Comme cela est représenté dans la figure, qui est indiquée dans le prospectus, seule est représentée, de la chaudière à récupération de chaleur, une partie de la paroi W du récipient, à laquelle est relié, dans la zone d'un perçage B, un dispositif 1 pour l'entrée du gaz chaud dans un tube non représenté à surfaces chauffantes de la chaudière à récupération de chaleur, et ce au moyen d'une soudure Si. Le dispositif comprend une enveloppe extérieure 2 et un tube d'entrée 3 qui est entouré par l'enveloppe extérieure 2, l'enveloppe et le tube étant reliés entre eux par l'intermédiaire d'une partie de renvoi arrondie 4. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 1, l'enveloppe extérieure 2 et la partie de renvoi 4 sont réunies d'un seul tenant pour former un capot de renvoi 6, qui est relié au tube d'entrée 3 par l'intermédiaire d'une soudure S2. Le capot de renvoi 6 détermine une ouverture 6a d'entrée pour le gaz dans le tube d'entrée 3. Le tube d'entrée 3 possède une section 5 qui se rétrécit avec une forme conique et qui se prolonge par une section d'évacuation en forme de cylindre droit, non représentée, qui est reliée au tube à surfaces chauffantes. L'enveloppe extérieure comporte une première section 7, qui est reliée à la paroi W du récipient, une section de jonction 8 et une section épaissie 9. Des rainures 10, qui sont orientées radialement et sont réparties de manière à être essentiellement équidistantes, sont formées par fraisage dans la paroi intérieure 9a de la section 9 et dans la paroi intérieure 4a de la partie de renvoi 4. Ces rainures 10 sont constituées par une section de rainure 10a, qui est formée par fraisage dans la section 9 de l'enveloppe extérieure et dont la profondeur augmente continûment, et par une section de rainure 0lob, qui se raccorde à la section précédente et comporte un fond courbe et dont la profondeur diminue en direction de la section 5 du tube. Les rainures peuvent être également disposées selon une autre répartition, dans la mesure o l'on peut obtenir l'effet de refroidissement désiré. Entre l'enveloppe extérieure 2 et le tube d'entrée 3 est disposée une structure 11 de guidage du fluide de refroidissement, dont l'extrémité libre se termine à proximité de la partie de renvoi 4 au-dessus des rainures. Des barrettes 12 subsistent entre les rainures 10. Le fluide de refroidissement K, qui pénètre entre la paroi du perçage B et la surface supérieure de l'insert 11 de guidage du fluide de refroidissement, circule selon des courants partiels K1 essentiellement dans la direction de circulation du fluide de refroidissement K et par conséquent dans des rainures 10, qui sont dirigées dans la direction axiale du dispositif, et sous la forme d'un courant partiel K2 dans l'espace compris entre la partie supérieure des barrettes 12 et l'insert 11 de guidage du fluide de refroidissement. Ces courants partiels se réunissent et circulent vers le haut dans l'espace présent entre l'insert 11 de guidage du fluide de refroidissement et la section d'entrée 5. La section inférieure 9 de l'enveloppe extérieure 2 et la partie de renvoi 4 peuvent être particulièrement bien refroidies à partir de l'intérieur par les courants partiels pénétrant dans les rainures 10. Par conséquent on obtient une réduction de la température de surface au niveau de la partie de renvoi 4. Les barrettes intérieures 12 augmentent la surface d'échange thermique et prennent très largement la température de l'eau de 250 à 350 C. De ce fait les valeurs de résistance caractéristiques dans le domaine de courte durée sont déterminantes du point de vue construction et peuvent être situées à des valeurs plus élevées que dans le cas des valeurs dans le domaine de longue durée (domaine de fluage). D'autre part les nervures possèdent un effet mécanique structurel, qui consiste en l'action de soutien ou de renfort. Dans le cas du dispositif selon l'invention, l'épaisseur de paroi dans la partie de renvoi, qui était égale jusqu'alors à 15-20 mm, peut être réduite à environ mm, ce qui a pour effet qu'une réduction de la température de surface d'environ 100 K, du côté du gaz, est possible. La réduction de la température de surface, du côté du gaz, est importante notamment lorsque le gaz chaud, qui pénètre dans le dispositif, contient de l'hydrogène. Des températures de surface élevées en liaison avec un pourcentage d'hydrogène contenu dans le gaz peuvent conduire à une fragilisation par l'hydrogène, conformément au diagramme de NELSON. Avec le dispositif selon l'invention on peut réduire la température de surface, notamment dans la zone du capot de renvoi du dispositif, c'està-dire de la tubulure d'entrée du gaz. 6 2778968 REVENDICATIONS 1. Dispositif pour l'entrée d'un gaz chaud dans un tube à surfaces chauffantes d'une chaudière à récupération de chaleur comportant une en- veloppe extérieure (2), qui est reliée à la paroi de la chaudière, notamment au fond, et est épaissie au niveau de son extrémité inférieure, un tube d'en- trée (3), qui se raccorde à l'enveloppe extérieure (2) par l'intermédiaire d'une partie de renvoi arrondie (4) moyennant la formation d'une ouverture d'entrée (6a) pour le gaz chaud, et qui est entouré à distance par l'enveloppe exté- rieure (2), et possédant une section d'introduction (5) rétrécie de forme coni- que et une section d'évacuation reliée au tube à surfaces chauffantes, et comportant une structure interne de guidage du fluide de refroidissement, disposée entre l'enveloppe extérieure (2) et le tube d'entrée (3) et qui s'étend jusqu'à proximité de la partie de renvoi (4), caractérisé en ce qu'au moins l'enveloppe extérieure (2) comporte dans la zone de son épaississement (9), sur sa face intérieure (9a), des rainures (10) qui sont répartie d'une manière essentiellement uniforme dans la direction circonférentielle et s'étendent es- sentiellement dans la direction axiale. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rai- nures (10) sont formées par fraisage dans la paroi intérieure de l'enveloppe extérieure. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rai- nures (10) sont définies par des barrettes séparées soudées sur la paroi inté- rieure de l'enveloppe extérieure. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rai- nures (10) sont formées dans une pièce moulée monobloc. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, ca- ractérisé en ce que la profondeur des rainures (10) augmente continûment dans la direction d'écoulement du fluide de refroidissement vers la partie de renvoi. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, ca- ractérisé en ce que les rainures (10a) se prolongent (10b) dans la partie de renvoi arrondie, le fond des rainures suivant sensiblement la courbure de la partie de renvoi, tandis que la profondeur des rainures diminue continûment en direction du tube d'entrée.