Brevet FR2932249A1 — publié le 20091211

L'invention concerne les parois réfractaires protégeant des réseaux tubulaires de fours, chaudières et incinérateurs. Les parois des chambres de combustion des fours, chaudières et incinérateurs de déchets ou orclures sont composées d'éléments réfractaires qui, dénommés � tuiles � ou � briques �, sont disposés devant les tuyaux du réseau tubulaire de récupération des calories. Ces tuiles sont en céramique, en particulier en carbure de silicium, et sont obtenues par moulage-compression et cuisson. En général elles comportent, sur leur recto, venant à l'intérieur du four, une face plane et, sur leur verso venant contre ou à proximité des tubes constituant le réseau tubulaire de récupération, une face plane ou avec des gorges parallèles et espacées selon le pas de répartition des tubes du réseau. L'invention concerne plus particulièrement les réseaux tubulaires dans lesquels chacun des tubes du réseau tubulaire est relié à chacun de ses voisins par une paroi plane, continue ou discontinue, et forme ainsi un panneau ne pouvant pas être traversé par les éléments de paroi ou par leurs moyens de fixations. Avec ce type de réseau tubulaire, les tuiles qui ont une forme générale rectangulaire et dont la hauteur est comprise entre 300 et 400 millimètres pour une largeur comprise entre 250 et 300 millimètres, sont assemblées pour former la paroi protégeant le réseau tubulaire contre les actions radiatives et corrosives de la combustion. Ces actions dépendent des conditions de combustion du foyer. Si elles peuvent être controlées dans un four ou une chaudière, par régulation des moyens produisant l'énergie calorifique, cela est plus difficile dans les incinérateurs où cette énergie dépend de la valeur énergétique des déchêts introduits dans le four pour y être bnalés. Elles sont donc plus agressives dans un incinérateur recevant, alternativement ou simultanément, des ordures ménagères très humides, freinant la combustion, et des pneumatiques ou autre matière synthétique s'enflammant aisément et élevant la température dans le four à des valeurs de l'ordre de 1500°C. En pratique, la face intérieure de la paroi protectrice, donc de certaines tuiles, est soumise à des variations de température allant de 400°C à 1300°C, alors que la température de l'autre face de cette paroi est portée, par conduction thermique interne, à une valeur comprise entre 380°C et 450°C. C'est cette dernière énergie qui est transmise par rayonnement au réseau tubulaire de récupération. Pour améliorer dans les incinérateurs le transfert thermique entre la face intérieure de la paroi et la face transmettant la chaleur au réseau tubulaire, la technique utilisée dans les fours a d'abord été transposée. Comme indiqué dans le document GB1545852, cette technique consiste à insérer, entre le réseau tubulaire et la paroi réfractaire, une couche de liant, par exemple de ciment réfractaire. II en est ainsi dans le document FR2495284, selon lequel chaque tuile est fixée au réseau tubulaire par embrochage d'un trou la traversant sur une patte, saillant perpendiculairement du réseau tubulaire métallique sur lequel elle est soudée. La liaison est complétée par un moyen mécanique rapporté à l'extrémité de la tige et venant en appui sur le fond épaulé d'un chambrage ménagé dans la tuile, ce chambrage étant obturé, coté foyer, par un bouchon réfractaire. Avec ce mode de fixation, la paroi réfractaire composée de tuiles est monolithique avec le réseau tubulaire métallique alors que ce réseau présente un coefficient de dilatation bien supérieur au sien et à celui du liant. Tous les éléments étant liés rigidement les uns aux autres, ils ne disposent d'aucune possibilité de glissement, dans le plan de la paroi et dans son épaisseur, pour adapter leur positionnement relatif en fonction de la température. De la sorte, quand l'incinérateur est en fonctionnement, le différentiel de dilatation entre la paroi et le réseau tubulaire génère entre ces derniers des contraintes qui entraînent des déformations, et en particulier la formation de � ventres � à l'intérieur de la chambre de combustion, et voire même des félures ou ruptures des tuiles. Pour remédier à cet inconvénient la paroi décrite dans le document EP1226390 est composée de tuiles dont la fixation sur le réseau tubulaire est dite � flottante � dans plusieurs directions � et est réalisée par des moyens à encliquetage élastique. Ces moyens de fixation sont agencés de manière à laisser un intervalle entre tuiles et réseau tubulaire pour tolérer les variations dimensionnelles dues aux dilatations différentielles. En pratique, les variations thermiques diminuent l'efficacité de l'encliquetage élastique et permettent le désassemblage des tuiles les plus exposées aux hautes températures. Un premier objet de l'invention est de fournir une paroi protectrice dont la fixation sur le réseau tubulaire soit à la fois flottante, pour tolérer les variations dimensionnelles, sans entrainer de rupture, et indémontable sans intervention humaine, pour garantir la protection du réseau. La plupart des documents de l'état de la technique concernent la fixation des tuiles sur le réseau tubulaire ou la protection du réseau contre le flux thermique ou contre la corrosion par les gaz de combustion pouvant, l'un ou l'autre, traverser la paroi par les intervalles entre tuiles, avec ou sans chicanes ou joint, mais aussi par des félures ou cassures affectant une ou plusieurs des tuiles. Aucun d'eux n'organise la fixation des tuiles en prenant en compte la réfection partielle de la paroi, suite à une dégradation localisée ou pour accéder à une zone du réseau tubulaire qui est défaillante et fuit. En effet, en raison de la couche de ciment réfractaire reliant la plupart des parois protectrices aux réseaux qu'elles protégent, toute intervention sur la paroi, par exemple pour accéder à une fuite du réseau tubulaire, implique de détruire au marteau piqueur une surface et un nombre de tuiles beaucoup plus grands que la surface correspondant à la seule zone défectueuse, avec pour corrolaire d'avoir à détruire des tuiles en bon état qu'il faudra remplacer à la reconstruction de la paroi. II en est ainsi avec la paroi décrite dans le document FR2495284, analysé plus en avant, et dans lequel la liaison patte-tuile est assurée par soudure ou par tout autre moyen mécanique et est protégée par un bouchon réfractaire scellé au mastic réfractaire. S'il est prévu que ce type de tuile puisse être remplacé sans que ses voisines puissent être démontées, ce démontage nécessite de casser le liant réfractaire qui la relie au moins au réseau tubulaire et au plus à ses voisines. De même, pour pouvoir la démonter, après avoir cassé le bouchon de fermeture du logement contenant sa fixation, il faut casser cette dernière, par exemple en la désoudant. II résulte de cela que le démontage d'une tuile implique non seulement de la détériorer mais aussi de détériorer ses voisines, avec pour conséquence l'augmentattion de la surface devant être reconstruite après réparation. Un second objet de l'invention est de remédier aux inconvénients apparaissants lors des réparations de la paroi et du réseau tubulaire en fournissant des tuiles pouvant réellement être démontées, sans altérations de leur forme et de leur structure, pour pouvoir être réutilisées, telles quelles, lors de la reconstruction de la paroi. A cette fin, l'invention améliore les dispositions décrites dans l'état de la technique et en particulier perfectionne une paroi comprenant, comme celle décrite dans le document FR2495284 : - de première part, des tuiles en matériau réfractaire disposées parallèlement au réseau tubulaire entourant la chambre de combustion, chaque tuile comportant : • transversalement, au moins un trou traversant épaulé apte à s'embrocher sur une tige filetée métallique saillant du réseau tubulaire, • sur son verso, des gorges espacées et parallèles, aptes à venir en appui contre les tubes en vis-à-vis du réseau tubulaire, • des moyens périphériques protégeant le réseau tubulaire par obturation de l'intervalle entre tuiles juxtaposées, - de deuxième part, des moyens de fixation comprenant, pour chaque tige filetée, un écrou et sa rondelle intercalaire, - et, de troisième part et pour chaque trou épaulé, un bouchon de protection en matériau réfractaire engageable dans un logement débouchant, de plus grand diamètre que celui recevant l'écrou. Dans la paroi selon l'invention, chacun des moyens de fixation coopérant avec une tige filetée saillant: du réseau tubulaire : • d'une part, est associé à un corps amortisseur qui, venant en appui sur l'épaulement du logement pour l'écrou, est intercalé entre cet épaulement et la rondelle d'appui de l'écrou et est apte à se déformer élastiquement pour absorber les variations dimensionnelles consécutives aux dilatations, • et, d'autre part, est protégé du rayonnement thermique par un capuchon réalisé dans un matériau isolant thermiquement et interposé entre ces moyens de fixation et le bouchon réfractaire, tandis que : - chacune des tuiles est conformée et montée sans liant et avec des 20 jeux, périphériques et transversaux, lui laissant une liberté de mouvements dans trois directions orthogonales, - et que les faces périphériques de chaque tuile, venant en vis-à-vis des faces des tuiles juxtaposées, sont recouvertes par une couche en matériau viscoélastique compressible complétant la chicane formée par 25 l'engagement de languettes dans des feuillures. Cet aménagement procure les avantages suivants : - par la suppression de toute liaison ou fixation avec du ciment réfractaire et autre liant, il réduit le temps et le coût de construction de la paroi réfractaire, mais aussi celui de son démontage, 30 - par l'existence de jeux tolérant des mouvements relatifs dans les trois directions, entre tuiles et leur fixation sur le réseau, et par la présence de moyens déformables élastiquement absorbant les contraintes dues aux dilatations, il réduit considérablement les déformations de la paroi, la formation de ventres dans la chambre de combustion et les riques de 35 cassures de tuiles, - par la protection thermique des moyens de fixation, il permet d'actionner ceux-ci, après un usage prolongé de la chambre de combustion, et ainsi de démonter aisément chacune des tuiles qu'il faut remplacer ou simplement enlever pour accéder à une zone particulière et défaillante du réseau tubulaire, - par l'absence de ciment ou de liant, il simplifie le démontage, supprime tout recours à des marteaux-piqueurs et toute détérioration des tuiles du seul fait de leur démontage, - lors d'un démontage de la paroi pour accéder à une fuite du réseau, il limite le nombre de tuiles devant être démontées à celui des tuiles occultant la surface nécessaire au travail de réparation du réseau, en permettant de remettre en place les tuiles retirées, donc en réduisant de façon considérable le nombre de tuiles devant être remplacées et le coût général du chantier. Dans une forme d'exécution de l'invention, la paroi réfractaire est composée de deux séries de tuiles, à savoir : - une série dans laquelle chaque tuile est ceinturée par une feuillure supérieure, en retrait de son bord périphérique équipé d'une couche en matériau compressible, - et une autre série dans laquelle chaque tuile est ceinturée par une languette supérieure, débordant de son bord périphérique équipé d'une couche en matériau compressible, les tuiles d'une série étant posée, tant en largeur qu'en hauteur, en alternance avec les tuiles de l'autre série. Comme dans la forme d'exécution précédemment décrite l'intervalle entre tuiles est protégé du rayonnement thermique direct de la combustion par occultation au moyen de chicanes, formées par superposition de languettes et de feuillures, mais, pour rendre plus facile le démontage de la paroi, la répartition des languettes et feuillures sur deux séries distinctes de tuiles, procurent des tuiles � de dessus � et des tuiles � de dessous �. Les tuiles de dessus sont démontables immédiatement par le dessus, par simple extraction après démontage de leur moyen de fixation sur les tiges du réseau, sans qu'il y ait besoin de procéder à des coulissements vers le haut ou en largeur pour désengager les languettes et les feuillures des tuiles en prise. Le gain procuré par cet agencement, tant au montage qu'au démontage de la paroi, compense largement les inconvénients résultants 35 du doublement des composants de la paroi. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit en référence au dessin annexé, dans lequel : Figure 1 est une vue de face en élévation d'une forme de réalisation d'une tuile selon l'invention ; Figures 2 et 3 sont des vues en coupe suivant, respectivement, Il-II et III-III de la figurel ; Figure 4 est une vue partielle en coupe transversale suivant IV-IV de figure 1, montrant, à échelle agrandie, les moyens de fixation d'une tuile ; Figure 5 est une vue partielle de face, en élévation, à échelle réduite et avec un arrachement de la paroi faisant apparaitre le réseau tubulaire d'une chambre de combustion. Dans ce dessin, la référence A désigne, de manière générale, un panneau tubulaire de récupération des calories de la chambre de combustion C d'un incinérateur, panneau composé de tubes verticaux 2 reliés par des ailettes 3, monolithiques avec le panneau tubulaire, ou seulement avec chaque tube et alors soudées bord à bord les unes aux autres. La référence B désigne la paroi réfractaire protégeant le panneau tubulaire A de la haute température générée par la chambre de combustion C. Cette paroi est composée de tuiles 4 réparties en rangées et colonnes, et avec alternance, comme montré dans la forme d'exécution de la figure 5. Chaque tuile 4 est réalisée par moulage sous pression et cuisson dans un matériau réfractaire, tel que du carbure de silicium. Son recto présente une face plane, tandis que son verso comporte des gorges verticales 4a, de section circulaire et dont le rayon et le pas de répartition sont adaptés à ceux des tubes 2 du réseau tubulaire A. Dans la forme d'exécution montrée aux figures 1 à 3, chaque tuile 4 présente une forme générale rectangulaire délimitée par des faces planes 4p et est traversée par deux trous épaulés et superposés, désignés de façon générale par la référence 6. De préférence, les tuiles font partie de deux séries de tuiles. L'une Dl, dite � de dessous � et qui, comme le montre la figure 1, est ceinturée par une feuillure 8, en retrait de sa face périphérique 4p. L'autre D2, dite � de dessus �, est ceinturée par une languette de recouvrement 9, débordant de ses faces périphériques 4p, comme le montrent les figures 2 et 3. La figure 2 montre, à sa partie supérieure, que chacun de ces trous 6 comprend, en allant de la partie extérieure de la tuile vers sa partie disposée dans la chambre de combustion, un chanfrein 6a, un alésage 6b, un logement 6c, de plus grand diamètre que celui de l'alésage 6b et avec épaulement 6d, et, enfin, un logement 7 ayant un diamètre encore plus grand, et débouchant dans la chambre C. La fixation de chaque tuile sur le réseau tubulaire A est assurée avec l'aide de tiges filetées ou goujons 10 qui, de façon connue, sont soudés en sur les ailettes 3 entre tubes 2. Les tiges 10 coopérent avec des écrous 12 associés chacun à une rondelle d'appui 13. Les figures 2 et 4 montrent que, après embrochage des deux trous 6 d'une tuile 4 sur deux goujons 10, la fixation est complétée en mettant sur chaque goujon 10, d'abord un corps amortisseur 14, puis une rondelle 13 et enfin l'écrou 12. Selon les conditions de fonctionnement de la chambre de combustion le corps amortisseur 14 est constitué soit par une rondelle en matériau fibreux, soit par un corps tubulaire en matériau visco élastique. Lors du vissage de l'écrou 12 sur le goujon 10 le corps 14 vient en appui sur l'épaulement 6d et déplace la tuile jusqu'à ce qu'elle vienne en appui contre les tubes 2 du réseau tubulaire. Cet appui peut être effectué par le fond des gorges 4a ou par des tétons 4t saillant de ces gorges, comme montré à la figure 4. Le serrage de chaque écrou 12 est défini de manière que le contact entre la tuile et le tube soit glissant et permette, sous l'action de l'apport calorifique de la chambre de combustion, les déplacements relatifs d'un élément par rapport à l'autre dans le plan de la paroi, tandis que les déplacements dans l'épaisseur de cette paroi sont permis par la déformation élastique du corps déformable 14. Ce montage flottant des tuiles 4 sur le réseau tubulaire A serait sans effet si les tuiles ne bénéficiaient pas de jeux permettant leur dilatation et leurs mouvements relatifs par rapport au réseau A, ayant lui-même un coefficient de dilatation supérieur à celui de la paroi réfractaire. A cette fin, la paroi B présente les aménagements suivants : - présence d'un jeu radial entre chaque goujon 10 et l'alésage 6b dans lequel il se loge, - dimensionnement des tuiles en largeur et hauteur tel que, quand elles sont posées et embrochées sur les goujons 10, leurs faces périphériques planes 4p se faisant vis-à-vis délimitent un intervalle 15, montré figures 2 et 3, - aménagement d'un jeu 16 entre le bord des languettes de recouvrement et le bord des feuillures dans lesquelles elles se logent. Avant montage dans la paroi, les faces périphériques 4p de chaque tuile recoivent par collage une couche 17 de matériau viscoélastique, donc élastiquement déformable. Cette couche est apte à venir en contact avec les couches des tuiles juxtaposées, pour assurer une étanchéité au gaz et au rayonnement thermique tout en permettant les mouvements relatifs entre les tuiles et avec le réseau tubulaire. Après serrage des écrous 10, et comme montré à échelle agrandie à la figure 4, chacun des alésages 6c reçoit un capuchon 18 en matériau d'isolation thermique, tel que matériau fibreux imprégné d'un produit réfractaire. Dans la forme représentée, ce capuchon est en forme de godet 5 dont la jupe est engagée avec serrage dans l'alésage 6c. Ensuite, chaque logement 7 reçoit un bouchon 19, qui, en matériau réfractaire, est maintenu par vissage de son filetage extérieur à grand pas 20 dans un filetage réalisé dans la paroi du logement 7. La rotation de vissage ou dévissage est communiquée au bouchon par un outil coopérant 10 avec les creux ou reliefs ménagés dans le bouchon et par exemple avec deux puits 22. Cet aménagement protège les moyens de fixation de la haute température et garantit leur démontage ultérieur. Dans des variantes de réalisation, les moyens assurant une fixation 15 démontable du bouchon 19 dans son logement 7, peuvent être constitués par des ergots radiaux s'engageant dans des encoches ménagées dans la paroi du logement 7, à la façon des culots à baïonnettes, par des ergots saillants du fond du bouchon et pouvant venir, par glissement dans des rainures longitudinales ménagées dans le logement 7, dans une gorge 20 ménagée dans la tuile sous le dit logement, ou par tous autres moyens équivalents. La figure 5 montre que lors du montage de la paroi A, les tuiles des deux séries Dl et D2 sont posées en alternance et avec décalage, aussi bien dans les rangées que dans les colonnes. 25 Ainsi, quand par exemple il faut accéder à la zone Z du réseau tubulaire A pour procéder à une réparation, il suffit, sans avoir à casser une quelconque couche de liant réfractaire, de démonter les quelques tuiles Dl et D2 qui recouvrent la zone et qui offriront une aire de travail suffisamment dégagée pour effectuer la réparation. Pour cela, il faut, dans la zone Z : 30 - d'abord enlever les tuiles de dessus D2', en dévissant leurs écrous 12 après avoir dévissé leurs bouchons 19 et retiré les capuchons de protection thermique 19, - puis faire de même avec les tuiles de dessous Dl'. Il faut remarquer que le démontage de chacune des tuiles de dessus 35 D2' et de dessous Dl', s'effectue par éloignement du réseau tubulaire A, sans qu'il faille la faire glisser transversalement pour dégager ses languettes (ou feuillures) des feuillures (ou languettes) des tuiles juxtaposées, ce qui serait d'autant plus difficile que les trous 6, retenus par les tiges 10, géneraient ces mouvements. Quand la réparation est terminée, la paroi est remontée en procédant de façon inverse et en réutilisant les mêmes tuiles, sauf pour celles qui sont endommagées par l'usage de l'incinérateur et qui sont remplacées. II ressort de ce qui précède que grâce à la structure de la paroi selon l'invention, le démontage partiel de celle-ci s'effectue exclusivement sur la surface désirée, aisément, rapidement et avec le moins de dommages possibles sur les tuiles, tout en permettant la réutilisation de celles-ci. En conséquence, les opérations de maintenance du réseau tubulaire et de la paroi réfractaire sont moins contraignantes et moins couteuses. Bien que la paroi selon l'invention soit plus intéressante quand elle est appliquée aux incinérateurs nécessitant des réparations pratiquement trimestrielles, elle s'applique également à toute chambre de combustion équipée d'un réseau tubulaire de récupération des calories, telle celle d'un four ou d'une chaudière. Pour certaines applications particulières, et par exemple en remplacement de tuiles d'un modèle ancien, la paroi est composée d'une seule série de tuiles dans laquelle chaque tuile comporte : - une feuillure, sur deux cotés perpendiculaires, - et une languette débordante sur les deux autres cotés.20 REVENDICATIONS1.) Paroi réfractaire protégeant le réseau tubulaire des fours, chaudières et incinérateurs, la dite paroi comprenant : - de première part, des tuiles (4) en matériau réfractaire disposées 5 parallèlement au réseau tubulaire A entourant la chambre de combustion C, chaque tuile (4) comportant : • transversalement, au moins un trou traversant épaulé (6) apte à s'embrocher sur une tige filetée métallique (10) saillant du réseau tubulaire A, 10 • sur son verso, des gorges (4a) espacées et parallèles, aptes à venir en appui contre les tubes en vis-à-vis (2) du réseau tubulaire, • des moyens périphériques (17) protégeant le réseau tubulaire A par obturation de l'intervalle (15) entre tuiles juxtaposées, - de deuxième part, des moyens de fixation comprenant, pour chaque 15 tige filetée (10), un écrou (12) et sa rondelle d'appui (13), - et, de troisième part et pour chaque trou épaulé (6), un bouchon de protection (19) en matériau réfractaire engageable dans un logement (7), caractérisée en ce que chacun des moyens de fixation coopérant avec une tige filetée(10) saillant du réseau tubulaire A : 20 • d'une part, est associé à un corps amortisseur (14) qui, venant en appui sur l'épaulement (6d) du logement (6c) pour l'écrou (12), est intercalé entre cet épaulement et la rondelle d'appui (13) de l'écrou et est apte à se déformer élastiquement pour absorber les variations dimensionnelles consécutives aux dilatations, 25 • et, d'autre part, est protégé du rayonnement thermique par un capuchon (18), réalisé dans un matériau d'isolation thermique et interposé entre ces moyens de fixation (12,13) et le bouchon réfractaire (19), tandis que : 30 - chacune des tuiles (4) est conformée et montée sans liant et avec des jeux, périphériques et transversaux, lui laissant une liberté de mouvements dans trois directions orthogonales, - et que les faces périphériques (4p) de chaque tuile (4), venant en vis- à-vis des faces (4p) des tuiles juxtaposées, sont recouvertes par une 35 couche (17) en matériau viscoélastique compressible complétant la chicane formée par l'engagement de languettes (9) dans des feuillures (8). 2.) Paroi réfractaire selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle est composée de deux séries de tuiles (4), à savoir :- une série Dl dans laquelle chaque tuile (4) est ceinturée par une feuillure supérieure (8), en retrait de son bord périphérique équipé de la couche (17) en matériau compressible, - et une autre série D2 dans laquelle chaque tuile est ceinturée par 5 une languette supérieure (9), débordant de son bord périphérique équipé de la couche en matériau compressible, les tuiles de chacune des séries étant posées, tant en largeur qu'en hauteur, en alternance avec les tuiles de l'autre série. 3.) Paroi réfractaire selon la revendication 1 caractérisée en ce que le 10 corps amortisseur (14) est constitué par une rondelle en matériau fibreux. 4.) Paroi réfractaire selon la revendication 1 caractérisée en ce que le corps amortisseur (14) est constitué par une rondelle en matériau viscoélastique. 5.) Paroi réfractaire selon la revendication 1 caractérisée en ce que 15 chacun des bouchons (19) en matériau réfractaire présente un filetage périphérique (20) à grand pas apte à coopérer avec un filetage complémentaire ménagé dans la paroi interne du logement (7) le recevant, et comporte, dans sa face en bout, des creux (22) et/ou reliefs aptes à coopérer avec ceux complémentaires d'un outil d'entraînement en rotation. 20 6.) Paroi réfractaire selon la revendication 1 caractérisée en ce que le diamètre de chacun des alésages (6b) s'embrochant sur la tige (10) à une valeur supérieure à celle du diamètre de cette tige pour procurer un jeu radial donnant à chaque tuile une liberté de mouvements dans le plan de la paroi. 25 7.) Paroi réfractaire selon la revendication 1 caractérisée en ce que le capuchon isolant (18) est en forme de godet dont la concavité est tournée vers l'écrou (12) et dont la jupe s'encastre avec serrage dans l'alésage épaulé (6c).