Générateur de vapeur à tube long
La présente invention concerne un générateur de vapeur permettant de produire de la vapeur d'eau, saturée ou surchauffée à partir d'eau considérée jusqu'ici comme impropre à l'alimentation d'un générateur de vapeur.
Les eaux contenant des impuretés ou des sels dissous provoquent, lors de leur transformation en vapeur, des inconvénients majeurs tels que la corrosion des surfaces d'échange calorifiques et des dépôts incrustants sur ces surfaces avec pour conséquence la destruction directe ou indirecte de celles-ci ou l'obstruction du générateur.
Des évaporateurs ne comportant qu'un seul tube chauffé à une extrémité duquel l'eau à vaporiser est introduite sous pression et à l'autre extrémité duquel
on recueille de la vapeur additionnée d'eau ou de la vapeur saturée ou surchauffée sont connus et utilisés depuis longtemps pour une gamme étendue de puissances et de pressions de vapeur. La littérature technique relative aux traitements d'eau de chaudière y fait couramment allusion et insiste sur le haut degré de pureté qui est exigé pour l'alimentation de ce type de chaudière ou générateur de vapeur.
Dans un évaporateur à tube unique on constate
trois phases d'échange thermique. La première phase est celle où l'eau est chauffée sans vaporisation car la pression du liquide est supérieure à la tension de
vapeur correspondant à sa température et à celle du
tube. Lors de la deuxième phase il y a ébullition nucléique, c'est-à-dire que des bulles de vapeur sont formées le long de la paroi du tube et qu'elles se recondensent instantanément au contact de l'eau, ceci résultant du fait que la pression du liquide est
toujours supérieure à la tension de vapeur correspondant
à sa température mais que la température du tube correspond à une tension de vapeur plus élevée que
celle du liquide. Pendant l'ébullition nucléique on constate que les gaz contenus dans l'eau s'échappent
et que l'oxygène réagit avec le métal de la paroi, occasionnant une corrosion de celle-ci. Lors de la troisième phase il y a équilibre car l'eau a atteint la température de la vapeur formée; celle-ci s'agglomère et forme un film le long de la paroi du -cube. Dans un tube rectiligne, le liquide non évaporé est entraîné à la vitesse de la gaine de vapeur qui l'entoure et l'échange thermique se fait à partir du tube en y surchauffant la vapeur qui se désurchauffe instantanément au contact du liquide. Si le tube n'est pas rectiligne, la force centrifuge projette le liquide contre une des parois du tube et il y a alors, en plus de l'échange décrit ci-dessus, un échange direct paroi/liquide, le liquide chassant les bulles formées vers l'autre paroi du tube.
Si l'eau contient des sels incrustants, ceux-ci
se cristallisent sur la paroi du tube dès la première phase, la cristallisation se faisant sur la paroi et non pas au coeur du liquide car il y a le long de la paroi
un film de liquide à température plus élevée. On constate à la sortie d'un générateur à long tube unique que dans le mélange vapeur/liquide recueilli on trouve des sels finement cristallisés et secs dans la vapeur, malgré la présence d'eau non saturée en sels.
L'invention a pour objet un générateur de vapeur comprenant un évaporateur à tube unique qui ne présente
pas les inconvénients évoqués plus haut qui résultent habituellement de la présence d'impuretés et de sels dissous dans le liquide à évaporer. Elle a donc pour
objet un générateur de vapeur qui peut utiliser une eau quelconque,par exemple des eaux saumâtres, de l'eau de
mer, des eaux de rejet de teintureries, d'industries textiles, de fabriques de colorants.
L'invention a également comme objet secondaire
un générateur de vapeur permettant la récupération de matières polluantes soit en vue de leur combustion profitable, soit en vue de leur réutilisation.
Le générateur de vapeur suivant l'invention
comprend un dispositif émulgateur connecté dans le
circuit d'alimentation d'eau à évaporer afin d'introduire dans cette eau une émulsion dosée d'un tiers élément
(par exemple une huile), cet élément étant sélectionné
pour avoir des propriétés spécifiques dont une densité différente de celle de l'eau à évaporer,la propriété
d'être émulsionable avec cette eau et d'avoir une tension
de vapeur relativement faible ainsi qu'une affinité
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mateur est connecté dans le circuit d'évacuation de vapeur afin de séparer les vapeurs du tiers élément de la vapeur à engendrer, et un dispositif séparateur est connecté dans le circuit d'évacuation du liquide non évaporé afin de séparer ce tiers élément du liquide
pour le récupérer et le réintroduire dans le circuit d'alimentation.
Deux exemples de modes d'exécution d'un générateur de vapeur suivant l'invention sont décrits ci-après
en se référant aux deux planches de dessins annexées
qui montrent chacune un schéma synoptique d'une installation suivant un mode d'exécution.
Se référant tout d'abord à la figure 1, on distingue le réservoir 1 qui contient l'eau à évaporer, cette eau étant acheminée vers l'évaporateur 10 par l'intermédiaire de la conduite 2, de la pompe 3 et de la conduite 4. Celle-ci comporte les organes de sécurité
et d'arrêt requis par les réglementations, tels le clapet de non-retour 5.L'évaporateur 10 comporte essentiellement une enceinte de combustion formée par
le long tube 11 qui, à titre d'exemple, est enroulé en forme de serpentin. Dans l'enceinte de combustion se développe la flamme 12 provenant d'un brûleur 13
alimenté en combustible quelconque. Les gaz brûlés sont évacués par la cheminée 14 qui comporte un échangeur 15 servant de surchauffeur pour la vapeur produite.
Suivant l'invention, avec l'eau à évaporer est émulsionné un tiers élément, par exemple une huile
(même dégradée), qui a la propriété de s'étendre en film sur la paroi du tube 11 et d'empêcher l'eau d'en faire autant. A cet effet est prévu un deuxième réservoir 6 contenant le tiers élément, celui-ci étant amené à
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tation en eau 2 par l'intermédiaire de la conduite 7
sur laquelle est placée une pompe doseuse 8. Le dispositif émulgateur 9 qui a pour fonction d'émulsionner le tiers élément avec l'eau à évaporer,peut par exemple être du type décrit dans le brevet belge n[deg.] 815340.
Le tiers élément doit répondre aux critères suivants:
1) il doit avoir une densité différente de celle de l'eau, non seulement à l'état pur mais aussi lorsqu'il a enrobé les petits cristaux formés lors de la séparation de l'eau et des sels;
2) il doit être émulsionable, même grossièrement, avec l'eau à évaporer;
3) il doit de préférence avoir une tension de vapeur la plus faible possible afin de limiter ou supprimer son entraînement en phase vapeur avec la vapeur d'eau;
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élevée possible;
5) il doit avoir une tension superficielle inférieure à celle de l'eau.
L'expérience a prouvé que les cristaux ainsi formés sont de très faibles dimensions et qu'étant imprégnés d'huile ils ne peuvent adhérer à la paroi du tube ni se combiner avec leurs voisins pour former des
<EMI ID=4.1> dans cet état par le flux de liquide. Il faut toutefois que la quantité d'huile présente dans le liquide soit suffisante pour maintenir le film d'huile et permettre
la saturation en huile des cristaux formés afin d'éviter leur agglomération. La quantité d'huile nécessaire dépend de la nature des sels cristallisés et de la dimension des cristaux formés ainsi que de la salinité de l'eau utilisée.
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sables, par exemple, l'expérience a montré que l'on obtient un résultat satisfaisant avec une quantité d'huile
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Cependant, pour faciliter la séparation de cette huile d'avec le liquide évaporé dans le circuit de retour on préférera généralement ajouter au liquide à évaporer
une quantité d'huile plus importante, mais en veillant toutefois à limiter cette quantité afin d'éviter des pertes thermiques.
La présence de l'huile en émulsion dans l'eau à. évaporer a également un effet bénéfique pendant la
phase d'ébullition nucléique. Cette huile s'oxyde au contact de l'oxygène et réduit celui-ci avant qu'il ne puisse atteindre la paroi métallique. L'expérience a prouvé que les déchets de l'oxydation de l'huile, c'està-dire des fractions légères et des boues, sont entraînés. Les fractions légères forment un faux azéotrope avec la vapeur d'eau, les fractions lourdes se fixent sur les cristaux de sels.
La présence du tiers élément a également une action bénéfique lors de la troisième phase mais elle n'est pas entièrement expliquée à ce jour. On a également constaté que, dans le générateur suivant l'invention,
la vapeur recueillie ne contient pas de cristaux de sels. Ceux-ci sont entièrement prisonniers du tiers élément malgré que l'eau non évaporée soit de la saumure saturée.
Suivant le rapport quantité ci*! chaleur fournie/ quantité d'eau fournie on recueillera à la sortie du
tube long soit un mélange vapeur/liquide, soit de la vapeur surchauffée. Dans le générateur suivant l'invention ce rapport est maintenu par un dosage judicieux de l'alimentation en eau et de l'apport calorifique , de manière que le fluide récolté à la sortie soit toujours un mélange vapeur/liquide. Si de la vapeur surchauffée
doit être produite, elle le sera à partir de la vapeur déjà séparée des éléments étrangers.
Le mélange vapeur/liquide produit est évacué par
la conduite 16 comportant réglementairement une soupape de sécurité 17 et une vanne d'arrêt 18. La conduite 16
est reliée à un dispositif séparateur 19 de type centrifuge et/ou à tôle de choc et/ou à matelas de fils métalliques. Le séparateur comporte une conduite d'évacuation de vapeur 20 et une conduite d'évacuation de liquide ou de boue 21. Sur la conduite 21 est montée une vanne automatique 22 qui fait office de purgeur: elle est commandée par un dispositif à flotteur ou autre 23 de manière à évacuer liquide et boue et retenir la vapeur.
La conduite 20 évacue de la vapeur d'eau mélangée à une faible quantité de vapeur du tiers élément. La vanne 22 évacue un mélange composé du tiers élément, de sel finement cristallisé et de saumure saturée. La vanne
22 est reliée par la conduite 24 à un filtre 25 ayant pour fonction de permettre l'extraction manuelle ou mécanique du sel cristallisé. Ce sel peut être facilement récupéré pour une utilisation industrielle. A cet effet,
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non solvant pour le sel, par exemple du tétrachlorure de carbone si le tiers élément est de l'huile minérale.
Le sel est réchauffé pour en évacuer le solvant qui est récupéré par condensation. On extrait de même le solvant du tiers élément qui a lui-même été extrait du sel, ce qui permet d'utiliser le solvant en circuit fermé et de renvoyer le tiers élément vers le réservoir 6.
La saumure concentrée et le tiers élément séparé du sel dans le filtre 25 sont dirigés par la conduite 26 vers un séparateur par gravité 27.Le tiers élément est récupéré par la conduite 28 et renvoyé au réservoir 6 tandis que la saumure est renvoyée par la conduite 29
au réservoir 1. Si le tiers élément est plus lourd que la saumure, les conduites 28 et 29 sont inversées.
La vapeur évacuée par la conduite 20 est envoyée dans un déflegmateur 30 qui provoque la condensation préférentielle des vapeurs du tiers élément, le condensat étant évacué par le purgeur 31 et la conduite 32. Le déflegmateur peut être remplacé par un autre moyen de séparation de vapeur. La vapeur d'eau, quant à elle, est dirigée à la sortie du déflegmateur 30 vers le surchauffeur 15 par la conduite 33, puis elle est envoyée à
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n'est pas utilisé, la faible quantité du tiers élément peut facilement être séparée de l'eau condensée après usage de la vapeur, par un séparateur similaire au dispositif séparateur 24.
Le générateur de vapeur suivant i'invention, tel que décrit plus haut, permet donc à partir d'une eau d'alimentation quelconque de produire de la vapeur exempte de sels cristallisés, sans occasionner de corrosion au tube d'évaporation ni de dépôts incrustants sur la paroi de ce tube.
Dans le mode d'exécution décrit ci-dessus, l'eau parcourant le tube long de l'évaporateur est chauffée par la flamme d'un brûleur. Celui-ci peut évidemment être remplacé par un fluide chauffant ou encore par
un flux de gaz chauds provenant par exemple de l'échappe-
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synoptique d'une installation de génération de vapeur utilisable dans ce cas. L'évaporateur 10 est constitué
à titre d'exemple par un dispositif tel que décrit dans la demande de brevet belge n[deg.] 0/ 183653 . Ce dispositif comprend un tube long incurvé 11 enfermé dans une enveloppe courbe allongée 10. Le tube 11 est parcouru par le fluide chauffant ou le flux de gaz chauds introduit en A et évacué (refroidi ou condensé) en 14. L'eau à évaporer est introduite par la conduite 4 et narcourt l'espace annulaire compris entre l'enveloppe 10 . c;: le tube 11. Le mélange vapeur/liquide est évacué par
la conduite 16. Le restant de l'installation est en tout point semblable à l'installation schématisée à la figure 1.