BE526122A - - Google Patents

Description

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   RECUPERATEUR DE CHALEUR, NOTAMMENT POUR FOURS INDUSTRIELS. 



   La présente invention se rapporte aux récupérateurs de chaleur à structure métallique  et concerne plus particulièrement la forme et l'agencement des   @ubes   d'échange thermique utilisés dans ces récupérateurs et grâce auxquels ces derniers conviennent particulièrement bien à une utilisation dans les fours de chauffage industriels de grandes dimensions. 



   Bien que, comme le savent les techniciens, le métal soit nettement supérieur à l'argile et aux autres matériaux réfractaires analogues du point de vue conduction de chaleur, les difficultés rencontrées lors de l'adaptation du métal aux récupérateurs de chaleur ont été si grandes qu'il n'était pas possible jusqu'à ces dernières années de fabriquer industriellement des récupérateurs utilisables en pratique pour ces applications. 



  Par suite des températures extrêmement élevées auxquelles les tubes d'échange thermique sont soumis, il se forme d'une façon connue des points chauds, et il s'ensuit la formation de zones de carbonisationo L'un des buts de l'invention est précisément de remédier à ces difficultés. 



   Lors de l'utilisation de tubes métalliques pour récupérateurs, un des problèmes qui se présentent est l'accessibilité des tubes échangeurs en vue de leur remplacement et de leur examen, et l'invention concerne en outre le mode de montage de ces tubes dans le récupérateur. 



   L'invention est matérialisée dans un récupérateur à ensemble d'échange thermique comprenant un tube externe et un tube interne écartés l'un de l'autre de manière à ménager entre eux un intervalle pour le passage de l'air, ce tube interne étant ouvert à ses deux extrémités, le tube externe présentant à une extrémité un couvercle en retrait formant une surface déflectrice qui dirige l'air provenant du tube interne vers l'intervalle d'écoulement ménagé entre ces tubeso
La description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, donnés à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre l'inven- 

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 tiono
La fig.

   1 est une vue en perspective avec coupe partielle d'un récupérateur matérialisant   l'inventiono  
La figo 2 est une vue en coupe verticales partiellement en élévation, par la ligne 2-2 en fig. 3. 



   La figo 3 est une vue en élévation d'extrémité d'une rangée d'un banc ou faisceau de tubes de récupération assemblés avec une chambre à air et un carneau de gaz chauds, montrant leur mode   d'utilisationo  
La figo 4 est une vue en coupe verticale de la partie inférieure d'un tube métallique du récupérateur, les tubes interne et externe étant disposés ici selon l'agencement optimumo
La fig. 5 est une vue analogue montrant une variante   d'agence-   ment des extrémités des tubes interne et externe. 



   La figo 6 est une vue en coupe transversale des tubes par la ligne 6-6 en figo 50
La   figo 7   est une vue en plan de dessus montrant schématiquement un agencement des tubes externe et interne assurant l'arrivée d'une quantité d'air maximum dans la zone chaude des tubes externes comme indiqué plus   loino  
La   fig. 8   est une vue analogue correspondant à une variante d'agencement des tubes interne et externe. 



   Les   figsa   9, 10 et 11 sont des vues en plan montrant schématiquement des tubes externes et internes de formes différentes pouvant être utilisés dans les récupérateurs à structure   métalliqueo   
Si l'on se reporte aux dessins, la référence 1 désigne d'une façon général. une paroi délimitant une chambre de récupération 2 traversée d'une extrémité à l'autre par les gaz chauds (comme indiqué par les flèches) ces gaz chauds étant constitués par les gaz d'échappement ou les produits de combustion d'un four de chauffage industriel,. par exemple d'un haut-fourneau à poitrine ouverte du type utilisé pour la production de   1-*acier.   



   Sur les parois 1 repose un   toit .1   en matière réfractaire capable de résister aux températures élevées des gaz de carneaux et de protéger l'ensemble métallique supportéo
Si l'on se reporte aux figso 2 et 3. on voit que des plateaux 4 sont montés sur le toit 3, ces plateaux 4 présentant des orifices circu-   laires   pour la réception des tubes externes 6 du récupérateur.

   Les tubes 6 sont munis de brides 7 par lesquelles ils sont fixés sur les plateaux 4 au   moyer;   de boulons 8 des garnitures ou joints isolants convenables   2 ser-   vant à supporter les brides 7 des tubes externes 6 pour assurer une   étan-   chéisation   convenableo   Les tubes externes sont, de préférence, écartés l'un de l'autre d'une distance suffisante pour obtenir un équilibre entre euxo Des recherches ont montrée que, dans la pratique., un écartement égal sensiblement à la moitié du diamètre des tubes donne des résultats optima. 



   Des carters ou conduits métalliques 10 sont soudés en 11 sur les plateaux ! et sont munis de brides 12 servant au serrage sur un plateau 13 formant la paroi supérieure d'un conduit 14 pour l'air chaud. Sur le plateau 13 est monté un carter 15 muni d'une bride 16 par laquelle il est boulonné sur le plateau 13.

   Ce carter 15 forme un conduit d'air froid 17 par lequel l'air arrive d'un ventilateur, son volume et sa vitesse étant réglée comme indiqué ci-après,
Des tubes internes 18 munis de brides 19 par lesquelles ils sont fixés sur le plateau 13 au moyen de boulons 20 sont suspendus à ce pla- 

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 teau 13, ce dernier étant muni d'orifices circulaires 21 par lesquels les tubes 18 peuvent être   dégagéso   Comme montré sur la fige 1  une série d'é- quipages de récupération du type montré sur les   figso   2 et 3 peuvent être reliés à un orifice d'admission 22 reliant tous les conduits d'air froid 17 et à un orifice 23 reliant tous les conduits 14 d'air préchaufféo 
Comme le montre la fig.

   1, des déflecteurs      sont prévus sur la base 25 du récupérateur afin d'empêcher un déplacement rectiligne des gaz chauds sous les tubes du récupérateur, ces déflecteurs étant prévus en- tre chaque banc ou faisceau de tubes de manière telle que les gaz chauds soient obligés de suivre un trajet plus ou moins sinueux à la partie infé- rieure de la chambre de récupération, pour empêcher la stratification lors de l'écoulement des gaz. 



   On décrira maintenant le mode de construction des tubes du ré- cupérateur en se reportant aux   figso     4   à 11. Jusqu'à présent la base du tube externe 6 était plus ou moins en forme de cuvette, de sorte que l'air froid balayant le tube interne 18 en direction du bas n'assurait pas de re- froidissement au centre de la base du tube 6. Pour obvier à cette difficul- té, la base a ici la forme d'un fond de couvercle en retrait désigné par la référence 26.

   Elle est, de préférence., préconformée (par emboutissage ou moulage) et fixée sur le   tube   par soudage comme indiqué   en ±.   Dans la pratique, les tubes interne et externe, de même que la base, sont en acier inoxydable, qui parait être le matériau résistant le mieux aux gaz de carneaux nocifs à l'action desquels les tubes sont exposés. 



   Suivant l'agencement que montre la fig. 4, le tube interne 18 se prolonge d'une certaine distance en dessous du sommet 26 de la pièce for- mant le fond du tube externe et l'air descendant par le tube interne 18 est dirigé dans les gorges désignées par la référence 28 et ménagées ainsi dans cette pièce inférieure, pour être ensuite dévié vers le haut par l'inter- valle 29 ménagé entre les tubes interne et externeo Dans la fig. 5, le fond en retrait est écarté du bord inférieur du tube interne 18 et ce der- nier présente une bride déflectrice 30 dirigeant l'air descendant par le tube interne contre la crête 26 de ce fond, de laquelle l'air est ensuite dévié pour circuler dans l'intervalle ménagé entre les tubes comme indiqué par les   flècheso   
Le tube interne est muni d'organes d'écartement   :

  il.   fixés sur lui par soudure comme figuré en 32. Ces organes d'écartement sont plus clairement visibles sur la   figo   6 ; ils maintiennent l'écartement convena- ble entre les parois externes des tubes internes et les parois internes des tubes externes. 



   Si l'on se reporte à la fige 1, on voit que la température des   gaz est maximum à leur pénétration dans la chambre du récupérateur, et que les tube; externes 6 exposés à l'action de ces gaz brûleraient s'ils n'etaient   pas refroidis intérieurement par l'air qui descend par les tubes internes et qui s'élève entre les parois des tubes internes et externes dans les cham- bres annulaires 29. Les gaz chauds peuvent être à une température de 1100 C ou plus   et    pour empêcher que les tubes externes ne soient brûlés.. le volume et la vitesse de l'air quittant le tube interne doivent être tels que la température des tubes externes soit maintenue à une valeur inférieure à la température de fusion du métal formant ces tubes, et soit par exemple de   83000.   



   Bien que l'invention ne concerne pas en particulier le volume et la vitesse de l'air amené au récupérateur par les tubes internes, ce fac- teur est mentionné pour indiquer l'importance de la conformation particuliè- re des tubes externes, non seulement en ce qui concerne leur fond. mais éga- lement en ce qui concerne l'écartement entre les tubes interne et externe. 



  Cet écartement peut varier comme le montre la figo 7 sur laquelle trois bancs 

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 ou faisceaux de tubes sont disposés de manière telle que le premier banc soit exposé à l'action. des gaz les plus chauds pénétrant dans la chambre du   récupérateuro  
Pour tenir compte de ce fait, le tube interne peut être excentré ou déporté comme montré afin de ménager un intervalle de refroidissement maximum du côté du tube exposé à la température la plus élevée.

   Dans le banc de tubes suivant, les tubes internes peuvent être excentrés d'une amplitude inférieure à celle montrée pour le premier banc, et dans le troisième banc ils peuvent être concentriques comme dans la pratique habituelle étant donnée la chute de température des gaz quand ils ont atteint les bancs ou parties les plus écartées du point d'admission des gaz   chaudso  
Suivant le mode de réalisation représenté sur la fige 8.. le premier banc de tubes est équipé de tubes internes plus petis, de manière à ménager un intervalle plus grand, tandis que les second et troisième bancs peuvent être équipés de tubes internes plus   groso   Sur les figs. 9, 10 et 11, les tubes ont (comme représenté)une forme elliptique ou bien une forme circulaire combinée à une   force   elliptique comme sur la fige 11.

   Ces figs. 



  9. 10 et 11 ne montrent d'ailleurs pas des bancs de tubes successifs, mais suggèrent simplement des formes de tubes assurant un certain aérodynamisme, afin de réaliser un contact maximum des gaz s'écoulant transversalement avec les parois des tubes et ainsi un échange de chaleur également maximum entre l'air froid se trouvant à l'intérieur des tubes et les gaz chauds disposés à l'extérieur de ces tubeso
Le fonctionnement d'un récupérateur métallique du type ci-dessus est brièvement le suivant ; - Comme montré sur la figo 1, les gaz chauds traversent la chambre 2 du récupérateur d'une extrémité à l'autre et viennent au contact des tubes suspendus,avec un effet de léchage.

   L'air froid amené au récupérateur pénètre par l'orifice d'admission 22 en provenance d'un ventilateur et parvient dans les chambres à air froid 17 disposées audessus des   tu@es,   puis passe par les tubes internes (comme montré sur les figs. 2 et 3) et, depuis la partie inférieure des tubes internes, par les chambres annulaires 29, en direction du haut, pour parvenir dans la chambre à air chaud 14, de laquelle il parvient à l'orifice de sortie 23 en vue de son utilisation. L'air préchauffé est amené au four, afin d'entretenir la combustion, et le fonctionnement du récupérateur est commandé par réglage du volume et de la vitesse d'écoulement de l'air dans l'orifice d'admission 22, afin de maintenir la température de travail convenable pour les tubes externes dans la chambre du récupérateur. 



   Etant donné que les récupérateurs sont classés selon le nombre de mètres cubes d'air préchauffé distribué et selon la température de cet air, il est évident que les tubes métalliques fournissent la solution optimum et que le montage et la conformation de ces tubes ont en conséquence une importance fondamentaleo Des recherches ont montré que l'échange thermique ou le transfert de chaleur optimum est obtenu dans la pratique quand l'écartement entre les tubes représente approximativement la moitié du diamètre de ces tubes transversalement au sens d'écoulement des gaz. 



   Des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits sans s'écarter de l'invention dans le domaine des équivalences techniques. 

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS. la- Récupérateur à ensemble d'échange thermique comprenant un tube externe et un tube interne écartés l'un de l'autre de manière à ménager entre-eux un intervalle pour le passage de l'air, ce tube interne étant ouvert à ses deux extrémités,le tube externe présentant à une extrémité <Desc/Clms Page number 5> un couvercle en retrait formant une surface déflectrice qui dirige l'air provenant du tube interne vers l'intervalle d'écoulement ménagé entre ces tubes.

   20- Récupérateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le couvercle en retrait a une forme concavo-convexe, de manière à constituer des surfaces d'écoulement d'air curvilignes.

   30- Récupérateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le couvercle concavo-convexe est soudé sur le tube externe pour former sur celui-ci un capuchon extrêmeo 4.- Récupérateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que des organes d'écartement espacés angulairement l'un de l'autre sont soudés sur les tubes internes et viennent en contact avec la paroi des tubes externes,, 5.- Récupérateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que des bancs ou faisceaux de tubes métalliques externes et internes sont suspendus en rangées au toit du récupérateur, les tubes de rangées alternées étant disposés en quinconce, l'axe longitudinal des tubes étant disposé transversalement à la direction d'écoulement des gaz chauds dans la chambre de récupération, des déflecteurs étant prévus sur la sole du récupérateur,

   parallèlement aux rangées de tubes, afin d'empêcher la stratification de l'écoulement gazeux depuis la partie inférieure de ces tubes.

   60- Récupérateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la base et les parois latérales du récupérateur sont en matière réfractaire, de même que le toit, des carters de séparation montés sur ce toit portant des plateaux et des éléments de séparation perforés pour la réception des tubes externes et internes, qui sont suspendus à ces plateaux et qui traversent des orifices du toit réfractaire, les tubes externes portant des brides reposant sur le plateau de ces carters, les tubes internes portant de même @es brides reposant sur les plateaux de séparation desdits carters, les orifices des plateaux ayant des dimensions permettant le dégagement des tubes externes, des organes de serrage maintenant les brides sur le plateau de base du carter et sur les plateaux de séparation.

   70- Récupérateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les tubes internes communiquent à une extrémité avec une source d'air pulsé et sont ouverts à l'autre extrémité, et les tubes externes sont fermés, à l'extrémité voisine de l'extrémité ouverte des tubes internes et leurs parois internes sont espacées des parois externes des tubes internes, afin de former un intervalle d'écoulement d'air annulaire, l'écartement entre les tubes externes représentant environ la moitié du diamètre de ces tubes externes.

   8.- Récupérateur selon la revendication 1, dans lequel le tube interne est déporté par rapport à l'axe longitudinal du tube externe, afin de ménager un intervalle de circulation d'air maximum du côté du tube externe exposé à l'action des gaz chauds traversant la chambre du récupérateur.

   90- Récupérateur selon les revendications 5 et 8, dans lequel le déport du tube interne varie dans les bancs ou faisceaux de tubes successifs suivant la chute de température des gaz chauds s'écoulant transversalement à ces bancs de tubes successifs.

   10.- Récupérateur selon la revendication 1, dans lequel les tubes ont une forme assurant un certain aérodynamisme de manière à réaliser un contact maximum des gaz chauds s'écoulant transversalement à ces tubes, et le tube interne est écarté du tube externe de manière à ménager une section d'écoulement d'air maximum au voisinage de la paroi la plus chaude de ce tube externe. <Desc/Clms Page number 6>

   11.- Récupérateur comme déctit et représenté et pour les buts spécifiés.

   En annexe 3 dessins.