CA2798677C - Method and device for defouling a heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF DE DESENCRASSEMENT D'ECHANGEUR
DE CHALEUR
La présente invention est relative au désencrassement d'échangeur de chaleur, et plus particulièrement au désencrassement d'échangeur de chaleur utilisé
pour le refroidissement des gaz de cuves d'électrolyse lors de la production d'aluminium.
Les échangeurs de chaleur utilisés pour le refroidissement de gaz chargés en poussières et en composants gazeux susceptibles de se condenser sur les parois de l'échangeur et de constituer un dépôt solide, s'encrassent pendant leur fonctionnement. Les dépôts solides obtenus ayant généralement une faible conductivité thermique, leur accumulation sur les tubes des échangeurs conduit à
diminuer leur efficacité thermique.
Dans la suite de ce document, nous désignerons par le terme générique polluants les composants gazeux susceptibles de se condenser sur les parois de l'échangeur et de constituer avec les poussières un dépôt solide. Nous utiliserons également l'expression le gaz pour désigner les gaz chauds à refroidir, qu'il s'agisse d'un gaz unique ou d'un mélange de gaz.
Pour ce type d'application, le gaz chaud chargé en poussières et polluants circule à l'extérieur et perpendiculairement aux tubes dans lesquels circule un fluide caloporteur froid. Le gaz chaud se refroidit ainsi par transfert de chaleur vers le fluide caloporteur froid qui s'échauffe. Pendant ce fonctionnement, un dépôt de particules se forme sur la surface externe des tubes. L'épaisseur et la consistance de ce dépôt dépendent des conditions d'exploitation et de la nature des polluants.
Pour limiter la formation de dépôt de poussières et polluants sur la surface extérieure des tubes d'échangeur, il est communément mis en place un filtre en amont de l'échangeur.
Ce filtre a pour rôle de capter la majorité des poussières en amont de l'échangeur de chaleur limitant ainsi son encrassement. Une mesure en continu de la perte de charge de ce piège permet d'informer sur son niveau d'encrassement et sur la nécessité de son remplacement ou de son nettoyage. METHOD AND DEVICE FOR EXCHANGER DISCONNECTION
HEAT
The present invention relates to the de-fouling of heat exchanger, and more particularly to the de-inking of heat exchanger used for the cooling of electrolysis cell gases during production aluminum.
Heat exchangers used for the cooling of charged gases dust and gaseous components that can condense on the walls of the exchanger and to form a solid deposit, become clogged during their operation. The solid deposits obtained generally having a low thermal conductivity, their accumulation on the tubes of the heat exchangers at reduce their thermal efficiency.
In the remainder of this document, we will refer to the generic term pollutants gaseous components likely to condense on the walls of the exchanger and build up with the dust a solid deposit. We use also the expression gas to designate the hot gases to be cooled, it it is a single gas or a mixture of gases.
For this type of application, hot gas loaded with dust and pollutants circulates outside and perpendicular to the tubes in which circulates a fluid cold coolant. The hot gas thus cools by heat transfer towards the fluid cold coolant that heats up. During this operation, a deposit of particles get form on the outer surface of the tubes. The thickness and consistency of this deposit depend on the operating conditions and the nature of the pollutants.
To limit the formation of dust and pollutants on the surface outer heat exchanger tubes, it is commonly set up a filter in uphill of the exchanger.
This filter has the role of capturing the majority of the dust upstream of the heat exchanger thus limiting its fouling. A continuous measurement of the pressure drop of this trap can inform about its level of fouling and on the need for replacement or cleaning.
2 Il peut être constitué d'une grille ou d'un ensemble de tamis et doit être facilement démontable.
Parfois, deux filtres sont placés en parallèles sur deux circuits distincts alimentant alternativement l'échangeur. Des organes d'isolement placés en amont et en aval des filtres permettent de procéder au démontage d'un filtre disposé
dans un circuit et à son nettoyage tout en conservant un fonctionnement normal dans l'autre circuit. En d'autres termes, l'ensemble du gaz chaud traverse un unique filtre, lors du remplacement de l'autre filtre.
Le document DE 20121018 montre un dispositif de désencrassement d'un échangeur de chaleur utilisé pour le refroidissement de gaz chargé en suie et en poussières provenant d'un moteur diesel ou d'un dispositif de combustion de bois. Le dispositif de désencrassement comprend un circuit principal dans lequel l'échangeur de chaleur est agencé, un circuit de by-pass de l'échangeur, un organe de distribution apte à diriger le gaz dans le circuit principal ou dans le circuit de by-pass.
Pour le refroidissement des gaz provenant de cuves d'électrolyse ignée lors de la fabrication d'aluminium, cette solution n'est pas satisfaisante car l'encrassement du filtre est rapide et nécessite de fréquentes interventions du personnel de maintenance.
L'invention proposée permet de réaliser le désencrassement des échangeurs de chaleur sans ces inconvénients.
Elle consiste principalement en un procédé de désencrassement d'un premier échangeur de chaleur utilisé pour le refroidissement de gaz chaud chargé en poussières et polluants, provenant notamment de cuves d'électrolyse ignée lors de la fabrication d'aluminium ; ledit premier échangeur de chaleur comportant au moins un tube dans lequel circule un fluide caloporteur froid apte à refroidir le gaz chaud;
caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- circulation du gaz chaud dans un circuit principal au cours de phases de fonctionnement normal, ledit premier échangeur de chaleur étant agencé dans ledit circuit principal, des dépôts solides de poussières et polluants étant formés sur les parois du tube du premier échangeur de chaleur ; et - circulation du gaz dans un circuit de by-pass du premier échangeur de chaleur et abaissement de la température du fluide caloporteur au cours de phases de désencrassement; le choc thermique résultant de l'arrêt de l'écoulement du gaz chaud 2a conduisant à des dilatations différentes entre les dépôts solides et le tube du premier échangeur de chaleur ; ces dilatations provoquant le craquage des dépôts solides et leur décollement du tube du premier échangeur de chaleur.
Suivant des modes particuliers de réalisation le dispositif de commande comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
WO 2011/141673 2 It may consist of a grid or a set of sieves and must be easily removable.
Sometimes two filters are placed in parallel on two separate circuits alternately feeding the exchanger. Isolation organs placed in upstream and downstream filters allow disassembly of a filter arranged in one circuit and its cleaning while maintaining normal operation in the other circuit. In other words, all of the hot gas passes through a single filter, during the replacing the other filter.
DE 20121018 shows a device for de-fouling a heat exchanger used for cooling soot-laden gas and in dust from a diesel engine or combustion device wood. The de-fouling device comprises a main circuit in which exchanger of heat is arranged, a bypass circuit of the heat exchanger, a distribution able to direct the gas in the main circuit or in the bypass circuit.
For cooling gases from igneous electrolysis vessels during aluminum production, this solution is not satisfactory because fouling filter is fast and requires frequent interventions by maintenance.
The proposed invention allows for the de-clogging of heat exchangers.
heat without these disadvantages.
It consists mainly of a process of de-fouling a first heat exchanger used for the cooling of hot gas charged in dust pollutants, especially from igneous electrolysis cells during the manufacturing aluminum; said first heat exchanger having at least one tube in which circulates a cool heat transfer fluid adapted to cool the hot gas;
characterized in what it involves the following steps:
- circulation of hot gas in a main circuit during phases of normal operation, said first heat exchanger being arranged in said main circuit, solid deposits of dust and pollutants being formed on the tube walls of the first heat exchanger; and - Circulation of the gas in a bypass circuit of the first heat exchanger heat and lowering the temperature of the coolant during phases of désencrassement; thermal shock resulting from stopping the flow of gas hot 2a leading to different expansions between the solid deposits and the tube from the first heat exchanger ; these dilations provoking the cracking of the deposits solid and their detachment from the tube of the first heat exchanger.
According to particular embodiments, the control device has one or more of the following characteristics:
WO 2011/141673
3 PCT/FR2011/051045 - un déplacement d'au moins un organe de distribution entre une position d'ouverture du circuit principal et de fermeture du circuit de by-pass pour faire circuler le gaz chaud dans le circuit principal au travers du premier échangeur de chaleur et une position d'ouverture du circuit de by-pass et de fermeture du circuit principal pour faire circuler le gaz chaud dans le circuit de by-pass ;et - les phases de désencrassement sont répétées périodiquement.
L'arrêt de la circulation du gaz chaud tout en maintenant l'écoulement du fluide caloporteur froid conduit à un refroidissement rapide des tubes de l'échangeur de chaleur. Ceux-ci sont généralement réalisés dans un alliage métallique, par exemple à base d'aluminium ou de cuivre. Ces matériaux ont un coefficient de dilatation beaucoup plus important que le coefficient de dilatation du dépôt solide. Le choc thermique qui résulte de l'arrêt de l'écoulement du gaz chaud conduit à
des dilatations différentielles du dépôt solide et des tubes de l'échangeur de chaleur. Cela provoque le craquage du dépôt solide et son décollement des tubes. Ainsi, des morceaux de dépôt solide tombent en bas de l'échangeur de chaleur et peuvent être récupérés dans une trémie.
A titre d'exemple, pour le refroidissement du gaz provenant de cuves d'électrolyse ignée lors de la fabrication d'aluminium, le gaz chaud est à une température d'environ 120 à 180 C à l'entrée de l'échangeur de chaleur et à
environ 90 à 130 C après l'échangeur de chaleur. Le fluide caloporteur utilisé
pour le refroidissement est généralement de l'eau, avec une température d'environ 40 à
à l'entrée de l'échangeur de chaleur et à environ 50 à 140 C après l'échangeur de chaleur.
Avantageusement, pendant la phase de désencrassement de l'échangeur de chaleur, l'arrêt de la circulation du gaz chaud au travers de l'échangeur de chaleur est combiné à la circulation dans les tubes d'un fluide caloporteur plus froid qu'en fonctionnement normal. Par exemple, une eau à une température d'environ 20 à
en entrée d'échangeur de chaleur.
L'opération de désencrassement par ce procédé est rapide. Il suffit en effet d'arrêter l'écoulement du gaz chaud pendant une durée d'environ 5 à 20 minutes. Elle peut être réalisée fréquemment, par exemple une fois tous les 3 à 10 jours. Ce procédé
présente également l'avantage de ne pas nécessiter l'intervention du personnel WO 2011/141673 3 PCT / FR2011 / 051045 a displacement of at least one dispensing member between a position opening of the main circuit and closing of the bypass circuit for make circulating the hot gas in the main circuit through the first exchanger heat and an open position of the bypass circuit and closing the circuit principle for circulating the hot gas in the bypass circuit, and the de-fouling phases are repeated periodically.
Stopping the flow of hot gas while maintaining the flow of cold coolant leads to rapid cooling of the tubes of exchanger heat. These are generally made of a metal alloy, for example based on aluminum or copper. These materials have a coefficient of much larger expansion than the expansion coefficient of the deposit solid. The thermal shock that results from stopping the flow of hot gas leads to of the differential expansions of the solid deposit and the tubes of the heat exchanger heat. it causes cracking of the solid deposit and its detachment of the tubes. Thus, pieces of solid deposit fall down the heat exchanger and can to be recovered in a hopper.
For example, for cooling the gas from vats of igneous electrolysis during the manufacture of aluminum, the hot gas is at a temperature of approximately 120 to 180 C at the inlet of the heat exchanger and about 90 to 130 C after the heat exchanger. The coolant used for the cooling is usually water, with a temperature of about 40 to at the inlet of the heat exchanger and at approximately 50 to 140 ° C after the exchanger of heat.
Advantageously, during the phase of de-clogging of the exchanger of heat, stopping the flow of hot gas through the heat exchanger heat is combined with the circulation in the tubes of a cooler coolant that normal running. For example, a water at a temperature of about 20 to at the heat exchanger inlet.
The de-clogging operation by this method is fast. It is enough to stop the flow of hot gas for a period of about 5 to 20 minutes. She can be performed frequently, for example once every 3 to 10 days. This process also has the advantage of not requiring staff intervention WO 2011/141673
4 PCT/FR2011/051045 d'entretien à chaque opération de désencrassement. Celle-ci n'est nécessaire que pour évacuer les dépôts solides recueillis au fond de la trémie lorsqu'elle est remplie.
Les observations que nous avons réalisées montrent, de manière surprenante, que lors de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, les dépôts solides se détachent en petits morceaux, comme des écailles, qu'il est facile de collecter et d'évacuer.
L'invention consiste également en un dispositif de désencrassement d'un premier échangeur de chaleur utilisé pour le refroidissement de gaz chaud chargé en poussières et polluants, provenant de cuves d'électrolyse ignée lors de la fabrication d'aluminium, ledit dispositif comprenant au moins un premier échangeur de chaleur comportant au moins un tube dans lequel circule un fluide caloporteur froid apte à
refroidir ledit gaz chaud, caractérisé en ce qu'il comprend en outre :
- un circuit principal dans lequel ledit premier échangeur de chaleur est agencé, ledit gaz chaud étant propre à circuler dans ledit circuit principal lors de phases de fonctionnement normal ; des dépôts solides de poussières et polluants étant formés sur les parois du tube du premier échangeur de chaleur ;
- un circuit de by-pass du premier échangeur de chaleur dans lequel ledit gaz chaud circule pendant des phases de désencrassement dudit premier échangeur de chaleur ; le choc thermique résultant de l'arrêt de l'écoulement du gaz chaud conduit à
des dilatations différentes entre les dépôts solides et le tube du premier échangeur de chaleur, ces dilatations provoquant le craquage des dépôts solides et leur décollement du tube du premier échangeur de chaleur ;
- un dispositif d'abaissement de la température du fluide caloporteur propre à
abaisser la température du fluide caloporteur, au cours de phases de désencrassement;
et - au moins un organe de distribution apte à conduire ledit gaz chaud dans le circuit principal pendant les phases de fonctionnement normal et dans le circuit de by-pass pendant les phases de désencrassement du premier échangeur de chaleur.
Suivant des modes particuliers de réalisation le dispositif de commande comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- le circuit principal comprend une trémie disposée sous le premier échangeur de chaleur, et une goulotte pour collecter et évacuer les dépôts solides arrachées lors des phases de désencrassement;
WO 2011/141673 4 PCT / FR2011 / 051045 maintenance at each unclogging operation. This is not necessary only for evacuate solid deposits collected at the bottom of the hopper when it is filled.
The observations we have made show, surprisingly, that during the implementation of the process according to the invention, the solid deposits are second small pieces, like scales, that are easy to collect and to evacuate.
The invention also consists of a device for de-fouling a first heat exchanger used for hot gas cooling loaded into dust and pollutants from igneous electrolysis vessels during the manufacturing of aluminum, said device comprising at least one first heat exchanger heat having at least one tube in which a cold heat transfer fluid circulates able to cooling said hot gas, characterized in that it further comprises:
a main circuit in which said first heat exchanger is agency, said hot gas being able to circulate in said main circuit during phases of normal running ; solid deposits of dust and pollutants being trained on the walls of the tube of the first heat exchanger;
a bypass circuit of the first heat exchanger in which the gas during the phases of de-fouling of said first heat exchanger heat; the thermal shock resulting from stopping the flow of hot gas leads to different dilatations between the solid deposits and the tube of the first exchanger heat, these dilations provoking the cracking of solid deposits and their peeling off the tube of the first heat exchanger;
a device for lowering the temperature of the coolant specific to to lower the temperature of the coolant, during phases of désencrassement;
and at least one dispensing member adapted to conduct said hot gas in the main circuit during the normal operation phases and in the by-circuit pass during the de-fouling phases of the first heat exchanger.
According to particular embodiments, the control device has one or more of the following characteristics:
- the main circuit comprises a hopper arranged under the first interchange of heat, and a chute to collect and evacuate solid deposits ripped off de-fouling phases;
WO 2011/141673
5 PCT/FR2011/051045 - la goulotte comprend au moins deux organes de sectionnement dont l'un est en position ouverte et l'autre en position fermée ;
- le dispositif d'abaissement de la température comporte un deuxième échangeur de chaleur relié au premier échangeur de chaleur pour refroidir le fluide caloporteur ; le deuxième échangeur de chaleur comportant au moins un tube dans lequel circule le fluide caloporteur ; le deuxième échangeur de chaleur étant traversé
par un fluide de refroidissement ; et - le dispositif d'abaissement de la température comporte en outre un dispositif d'amené du fluide caloporteur connecté à l'entrée du premier échangeur de chaleur et un dispositif d'évacuation de fluide caloporteur connecté à la sortie du premier échangeur de chaleur ;
- il comporte un premier organe de distribution agencé en amont du premier échangeur de chaleur et un deuxième organe de distribution agencé en aval du premier échangeur de chaleur.
L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à
propos d'exemples de réalisation, décrits avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins :
- Fig.1 représente une vt.i.e schématique d'une solution selon l'état de la technique avec un filtre en amont de l'échangeur, - Fig. 2 représente une vue schématique de la section d'un tube d'un échangeur de chaleur montrant un exemple de dépôt solide, - Fig. 3 représente une vt.i.e schématique d'un exemple de réalisation de l'invention ;
- Fig. 4 représente une vue schématique d'un autre exemple de réalisation de l'invention ;
- Fig. 5 est un diagramme représentant les étapes du procédé selon l'invention ;
- Fig. 6 est un schéma d'un troisième mode de réalisation de l'invention ;
et - Fig. 7 est un schéma d'un quatrième mode de réalisation de l'invention.
WO 2011/141673 5 PCT / FR2011 / 051045 the chute comprises at least two sectioning members, one of which is in the open position and the other in the closed position;
the device for lowering the temperature comprises a second heat exchanger connected to the first heat exchanger to cool the fluid coolant; the second heat exchanger comprising at least one tube in which circulates the heat transfer fluid; the second heat exchanger being through by a cooling fluid; and the device for lowering the temperature further comprises a device supply of coolant connected to the inlet of the first heat exchanger heat and a coolant evacuation device connected to the outlet of the first heat exchanger ;
it comprises a first distribution member arranged upstream of the first heat exchanger and a second distribution member arranged downstream of the first heat exchanger.
The invention consists, apart from the arrangements set out above, in one number of other provisions which will be more explicitly hereinafter examples of embodiments, described with reference to the accompanying drawings, but who are in no way limiting. On these drawings:
FIG. 1 represents a schematic diagram of a solution according to the state of the technical with a filter upstream of the exchanger, - Fig. 2 represents a schematic view of the section of a tube of a heat exchanger showing an example of solid deposition, - Fig. 3 represents a schematic diagram of an exemplary embodiment of FIG.
the invention;
- Fig. 4 is a schematic view of another embodiment of the invention;
- Fig. 5 is a diagram showing the steps of the method according to the invention;
- Fig. 6 is a diagram of a third embodiment of the invention;
and - Fig. 7 is a diagram of a fourth embodiment of the invention.
WO 2011/141673
6 PCT/FR2011/051045 Le terme échangeur de chaleur est employé au singulier dans la présente description pour désigner un ou plusieurs échangeurs de chaleur. Ces échangeurs de chaleur comprennent un ou plusieurs tubes ou canaux de circulation d'un fluide caloporteur.
En se reportant à la Fig. 1 des dessins, on peut voir, schématiquement représenté, un échangeur de chaleur 2 tubulaire placé dans un circuit 1 d'écoulement de gaz chaud 3 circulant selon la direction représentée par la flèche 4. En amont de l'échangeur de chaleur 2, un filtre 18 permet de piéger les poussières portées par le gaz chaud. Sur cette figure, uniquement à titre d'exemple, l'écoulement d'un fluide caloporteur froid à l'intérieur de l'échangeur de chaleur est représenté à
contre courant par rapport au gaz chaud 3.
En se reportant à la Fig. 2 des dessins, on peut voir, schématiquement représenté, un tube 5 de l'échangeur de chaleur 2. Le gaz chaud 3 circule à
l'extérieur des tubes selon la direction représentée par la flèche 4. Le fluide caloporteur froid 6 circule à l'intérieur des tubes. Les tubes 5 ont une forme ellipsoïdale pour limiter le dépôt solide 7 de poussières et polluants sur la face extérieure des tubes.
En se reportant à la Fig. 3 des dessins, on peut voir, schématiquement représenté, un dispositif de désencrassement 16 selon l'invention. Ce dispositif 16 comporte un circuit 1 d'écoulement de gaz chaud chargé en poussières et polluants circulant selon la direction représentée par la flèche 4. Ce gaz chaud provient d'une cuve d'électrolyse d'un dispositif de fabrication d'aluminium.
Ce circuit 1 se divise en un circuit principal la comprenant un premier échangeur de chaleur 2, et un circuit de by-pass lb ou de contournement de du premier échangeur de chaleur. Ce circuit de by-pass lb ne comporte pas d'échangeur de chaleur ou de filtre. Le circuit de by-pass lb est disposé parallèlement au circuit principal la.
Dans cet exemple de réalisation, l'orientation du gaz chaud vers le circuit principal la ou vers le circuit de by-pass lb est assurée par la combinaison d'organes de distribution 8 et 9. Ces organes de distribution comprennent, par exemple, des volets pivotants, des vannes rotatives ou une guillotine. Ces organes de distribution 8, 9 sont déplacés entre une position d'ouverture du circuit principal la et de fermeture du circuit de by-pass lb pour faire circuler le gaz 3 dans le circuit principal la au WO 2011/141673 6 PCT / FR2011 / 051045 The term heat exchanger is used in the singular in the present description to designate one or more heat exchangers. These exchangers heat include one or more tubes or channels for circulating a fluid coolant.
Referring to FIG. 1 of the drawings, we can see, schematically shown, a tubular heat exchanger 2 placed in a circuit 1 flow of hot gas 3 flowing in the direction represented by the arrow.
upstream of the heat exchanger 2, a filter 18 makes it possible to trap the dust carried speak hot gas. In this figure, only by way of example, the flow of a fluid coolant inside the heat exchanger is shown at counter current relative to the hot gas 3.
Referring to FIG. 2 drawings, we can see, schematically shown, a tube 5 of the heat exchanger 2. The hot gas 3 circulates at outdoors tubes in the direction represented by the arrow 4. The fluid cold coolant 6 circulates inside the tubes. The tubes 5 have an ellipsoidal shape for limit the solid deposit 7 of dust and pollutants on the outside of the tubes.
Referring to FIG. In the drawings, we can see, schematically shown, a de-fouling device 16 according to the invention. This device 16 comprises a circuit 1 for hot gas flow loaded with dust and pollutants circulating in the direction represented by the arrow 4. This hot gas comes from a electrolytic cell of an aluminum manufacturing device.
This circuit 1 is divided into a main circuit including a first heat exchanger 2, and a bypass circuit 1b or bypass circuit first heat exchanger. This bypass circuit lb does not include exchanger heat or filter. The bypass circuit 1b is arranged parallel to the circuit main one.
In this exemplary embodiment, the orientation of the hot gas towards the circuit main to or by-pass circuit lb is provided by the combination organ 8 and 9. These dispensing devices include, for example, of the swivel shutters, rotary valves or guillotine. These bodies distribution 8, 9 are moved between an open position of the main circuit 1a and closing of the bypass circuit lb to circulate the gas 3 in the circuit principal at WO 2011/141673
7 PCT/FR2011/051045 travers du premier échangeur de chaleur 2; et une position d'ouverture du circuit de by-pass lb et de fermeture du circuit principal la pour faire circuler le gaz 3 dans le circuit de by-pass lb.
En référence à la figure 5, en phase de fonctionnement dit normal 20, les organes de distribution 8 et 9 sont placés en position 8a, 9a d'ouverture du circuit principal la et d'obstruction du circuit de by-pass lb. Pendant les phases 22 de désencrassement du premier échangeur de chaleur 2, les organes de distribution 7 PCT / FR2011 / 051045 through the first heat exchanger 2; and an open position of the circuit of by-pass lb and closure of the main circuit la to circulate the gas 3 in the bypass circuit lb.
With reference to FIG. 5, in the so-called normal operating phase 20, the distribution members 8 and 9 are placed in the opening position 8a, 9a of the circuit main and obstruction of the bypass circuit lb. During the phases 22 of de-fouling of the first heat exchanger 2, the distribution members
8 et 9 sont placés en position 8b, 9b d'ouverture du circuit de by-pass lb et d'obstruction du circuit principal la contenant le premier échangeur de chaleur 2.
Comme visible sur la figure 5, chaque phase de fonctionnement normal 20 est suivie d'une phase de désencrassement 22. Ces phases sont répétées cycliquement.
Avantageusement selon l'invention, les phases de désencrassement sont répétées périodiquement.
Avantageusement selon l'invention, la température du fluide caloporteur est abaissée pendant les phases de désencrassement.
Selon l'exemple de réalisation représenté sur la Fig. 4, une trémie 14 est placée sous le premier échangeur de chaleur 2 afin de collecter les dépôts solides 7 de poussières et polluants formés sur les parois des tubes 5 du premier échangeur de chaleur 2 et arrachés de celui-ci lors des phases de désencrassement. Ces dépôts solides 7 tombent des tubes du premier échangeur de chaleur 2 vers une goulotte d'évacuation 15. Celle-ci est avantageusement équipée de deux organes de sectionnement successifs 10 et 11 entre lesquels s'accumulent les dépôts solides 7 sous la forme d'un monticule 12. Les organes de sectionnement 10, 11 sont, par exemple, des vannes papillons ou des guillotines.
En phase de fonctionnement normal, l'organe de sectionnement supérieur 10 est ouvert et l'organe de sectionnement inférieur 11 est fermé. Lors de l'évacuation des dépôts solides collectés, l'organe de sectionnement supérieur 10 est fermé
de sorte d'éviter l'échappement de gaz chaud, avant d'ouvrir l'organe de sectionnement inférieur 11. Ainsi, pendant une phase de fonctionnement normal ou pendant une phase de désencrassement, l'un des organes de sectionnement est en position ouverte et l'autre en position fermée.
Comme représenté sur la Fig. 3, la face inférieure du premier échangeur de chaleur 2 présente avantageusement une forme complémentaire à la forme de la trémie 14 de sorte d'éviter un écoulement préférentiel du gaz chaud sous l'échangeur.
Ainsi, dans l'exemple représenté, le premier échangeur de chaleur 2 présente une forme sensiblement tronconique.
Le circuit 1 est constitué par un conduit. De même, les circuits la, lab sont constitués par des conduits. Le dispositif de désencrassement 16 comporte des organes de distribution 8 et 9. En particulier, un premier organe de distribution 8 est agencé
dans le circuit 1 au niveau de l'entrée des circuits la et lb et en amont du premier échangeur de chaleur 2. Un second organe de distribution 9 est agencé dans le circuit 1 au niveau de la sortie des circuits la et lb et en aval du premier échangeur de chaleur 2.
Le dispositif de désencrassement 16 comporte la trémie 14 et la goulotte d'évacuation 15.
En référence à la figure 6, le dispositif de désencrassement 16 selon le troisième mode de réalisation de l'invention comporte un dispositif 24 d'abaissement de la température du fluide caloporteur. Ce dispositif 24 d'abaissement de la température comporte une boucle d'échange thermique 25. Cette boucle d'échange thermique 25 comprend un deuxième échangeur de chaleur 26 propre à refroidir le fluide caloporteur circulant dans le premier échangeur de chaleur, une conduite 30 reliant l'extrémité d'entrée 27 du premier échangeur de chaleur 2 à
l'extrémité de sortie 29 du deuxième échangeur de chaleur, et une conduite 32 reliant l'extrémité de sortie 31 du premier échangeur de chaleur 2 à l'extrémité d'entrée 33 du deuxième échangeur de chaleur 26.
Le deuxième échangeur de chaleur 26 est, par exemple, constitué par un ou plusieurs tubes. Ce tube est parcouru par le fluide caloporteur. Le deuxième échangeur de chaleur 26 est disposé à l'extérieur du circuit 1. Il est traversé par un fluide de refroidissement propre à refroidir le fluide caloporteur.
De préférence, le fluide de refroidissement est constitué par de l'air ambiant.
WO 2011/141673 8 and 9 are placed in the opening position 8b, 9b of the bypass circuit 1b and obstruction of main circuit containing the first heat exchanger 2.
As can be seen in FIG. 5, each normal operating phase 20 is followed by a phase of de-fouling 22. These phases are repeated cyclically.
Advantageously according to the invention, the phases of de-fouling are repeated periodically.
Advantageously according to the invention, the temperature of the coolant is lowered during the de-clogging phases.
According to the exemplary embodiment shown in FIG. 4, a hopper 14 is placed under the first heat exchanger 2 to collect the solid deposits 7 of dust and pollutants formed on the walls of the tubes 5 of the first heat exchanger of heat 2 and torn from it during the phases of de-fouling. These deposits solids 7 fall from the tubes of the first heat exchanger 2 to a chute 15. The latter is advantageously equipped with two successive sectioning 10 and 11 between which accumulate deposits solid 7 in the form of a mound 12. The sectioning members 10, 11 are example, butterfly valves or guillotines.
In the normal operating phase, the upper sectioning member 10 is open and the lower sectioning member 11 is closed. During evacuation solid deposits collected, the upper sectioning member 10 is closed so to avoid the escape of hot gas, before opening the disconnecting device In this way, during a normal operating phase or during a de-fouling phase, one of the disconnecting members is in position opened and the other in the closed position.
PCT / EU2011 / 051,045 As shown in FIG. 3, the underside of the first heat exchanger heat 2 advantageously has a shape complementary to the shape of the hopper 14 so as to avoid a preferential flow of hot gas under the exchanger.
So, in the example shown, the first heat exchanger 2 has a form substantially frustoconical.
Circuit 1 is constituted by a conduit. Similarly, the circuits la, lab are constituted by conduits. The unclogging device 16 comprises organs 8 and 9 in particular. In particular, a first distribution member 8 is arranged in circuit 1 at the input of circuits la and lb and upstream of first heat exchanger 2. A second distribution member 9 is arranged in the circuit 1 at the output of the circuits la and lb and downstream of the first exchanger of heat 2.
The unclogging device 16 comprises the hopper 14 and the chute evacuation 15.
With reference to FIG. 6, the unclogging device 16 according to FIG.
third embodiment of the invention comprises a device 24 lowering the temperature of the coolant. This device 24 for lowering the temperature comprises a heat exchange loop 25. This exchange loop thermal 25 includes a second heat exchanger 26 suitable for cooling the heat transfer fluid circulating in the first heat exchanger, a driving 30 connecting the inlet end 27 of the first heat exchanger 2 to the end of outlet 29 of the second heat exchanger, and a connecting pipe 32 the end of outlet 31 of the first heat exchanger 2 at the inlet end 33 of the second heat exchanger 26.
The second heat exchanger 26 is, for example, constituted by one or several tubes. This tube is traversed by the coolant. The second interchange of heat 26 is disposed outside the circuit 1. It is crossed by a fluid of clean cooling to cool the coolant.
Preferably, the cooling fluid is constituted by air ambient.
WO 2011/141673
9 PCT/FR2011/051045 De préférence, le dispositif de désencrassement 16 comporte un ventilateur 28 propre à augmenter la vitesse de traversé du deuxième échangeur de chaleur 26 par le fluide de refroidissement.
En variante, le fluide de refroidissement est constitué par de l'eau.
En variante, le ventilateur 28 est remplacé par un dispositif de récupération d'énergie.
Au cours des phases de fonctionnement normal 20, le premier 8 et le deuxième 9 organes de distribution sont dans les positions 8a et 9a. Les gaz chaud chargés en poussières et en polluants provenant de la cuve d'électrolyse ignée, traversent le circuit la et le premier échangeur de chaleur 2. Le fluide caloporteur est réchauffé par les gaz chaud. Puis, le fluide caloporteur est refroidi par le fluide de refroidissement, lors de son passage dans le deuxième échangeur de chaleur 26.
Avantageusement, la vitesse de la circulation du fluide de refroidissement est augmentée, pour ainsi augmenter le refroidissement du fluide caloporteur.
L'augmentation de la vitesse du fluide de refroidissement est assurée par un dispositif 28 tel que, par exemple, le ventilateur 28.
Au cours des phases de désencrassement 22, le premier 8 et le deuxième 9 organes de distribution sont dans les positions 8b et 9b. Les gaz chaud provenant de la cuve d'électrolyse ignée traverse le circuit lb. L'échangeur de chaleur 2 est nettoyé.
La recirculation du fluide caloporteur n'est pas arrêtée. Le fluide caloporteur parcourt le premier 2 et le deuxième 26 échangeurs de chaleur. Il est refroidit par le fluide de refroidissement.
En référence à la figure 7, le dispositif de désencrassement 16 selon le quatrième mode de réalisation de l'invention est similaire au dispositif de désencrassement 16 selon le troisième mode de réalisation. Il comporte en outre un premier réservoir 34 relié à la conduite 30 par une conduite d'amené 36 de fluide caloporteur. La conduite d'amené 36 est munie d'une vanne 38. La conduite 30 est équipée d'une vanne 40. Le premier réservoir 34 contient du fluide caloporteur maintenu à une température inférieure à la température du fluide caloporteur parcourant la boucle d'échange thermique 25. La température du fluide caloporteur provenant du premier réservoir 34 est, par exemple, comprise entre 10 et 30 C.
WO 2011/141673 9 PCT / FR2011 / 051045 Preferably, the unclogging device 16 comprises a fan 28 able to increase the throughput speed of the second heat exchanger 26 speak cooling fluid.
In a variant, the cooling fluid is constituted by water.
Alternatively, the fan 28 is replaced by a recovery device energy.
During the normal operation phases 20, the first 8 and the second 9 dispensing units are in positions 8a and 9a. Hot gases loaded into dust and pollutants from the igneous electrolysis cell, cross the circuit la and the first heat exchanger 2. The coolant is warmed by hot gases. Then, the coolant is cooled by the fluid of cooling, during its passage in the second heat exchanger 26.
Advantageously, the speed of the circulation of the cooling fluid is increased, thereby to increase the cooling of the coolant.
The increase of the speed of the coolant is ensured by a device 28 such as, for example, the fan 28.
During the de-fouling phases 22, the first 8 and the second 9 Distribution members are in positions 8b and 9b. Hot gases from the Igneous electrolysis cell passes through the circuit lb. The heat exchanger 2 is cleaned up.
Recirculation of the coolant is not stopped. The fluid coolant travels the first 2 and the second 26 heat exchangers. It is cooled by the fluid of cooling.
With reference to FIG. 7, the unclogging device 16 according to FIG.
fourth embodiment of the invention is similar to the device of de-fouling 16 according to the third embodiment. It includes besides first reservoir 34 connected to the pipe 30 by a supply line 36 of fluid coolant. The conduit line 36 is provided with a valve 38. The pipe 30 is equipped with a valve 40. The first reservoir 34 contains heat transfer fluid maintained at a temperature below the temperature of the coolant traversing the heat exchange loop 25. The temperature of the fluid heat from the first reservoir 34 is, for example, between 10 and 30 C.
WO 2011/141673
10 PCT/FR2011/051045 De façon similaire, le dispositif de désencrassement 16 comporte un deuxième réservoir 42 relié à la conduite 32 par une conduite 44 d'évacuation de fluide caloporteur. La conduite d'évacuation 44 est munie d'une vanne papillon 46. La conduite 30 est équipée d'une vanne 48. Le deuxième réservoir 42 est destiné à
recevoir le fluide caloporteur évacué de la boucle d'échange thermique 25.
En variante, le dispositif de désencrassement 16 ne comporte pas de deuxième réservoir 42 et la conduite d'évacuation 44 est reliée au premier réservoir 34.
En variante, le premier et le deuxième réservoirs 34, 42 sont remplacés par un réseau de distribution de fluide caloporteur.
Au cours des phases de fonctionnement normal 20, les vannes 40 et 48 sont ouvertes, les vannes 38 et 46 sont fermées et le premier 8 et le deuxième 9 organes de distribution sont dans les positions 8a et 9a. Le fluide caloporteur traverse le premier échangeur de chaleur 2. Il est refroidit par les gaz chaud qui traverse le conduit la.
Puis, le fluide caloporteur parcourt le deuxième échangeur de chaleur 26. Il est alors refroidit par le liquide de refroidissement.
Au cours des phases de désencrassement 22, le premier 8 et le deuxième 9 organes de distribution sont dans les positions 8b et 9b. Les gaz chaud chargés en poussières et en polluants passent par le conduit de by-pass lb. L'échangeur de chaleur 2 est nettoyé, par exemple, par des jets d'eau non représentés. Les vannes 40 et 48 sont fermées. Les vannes 38 et 46 sont ouvertes. Du nouveau fluide caloporteur froid provenant du premier réservoir 34 est injecté dans la boucle d'échange thermique 25, tandis que l'ancien fluide caloporteur de la boucle d'échange thermique 25 est évacué vers le deuxième réservoir 42. 10 PCT / FR2011 / 051045 Similarly, the de-clogging device 16 comprises a second reservoir 42 connected to the pipe 32 by a pipe 44 for discharging fluid coolant. The discharge pipe 44 is provided with a butterfly valve 46.
pipe 30 is equipped with a valve 48. The second tank 42 is intended for receive the coolant evacuated from the heat exchange loop 25.
In a variant, the unclogging device 16 does not comprise a second reservoir 42 and the exhaust pipe 44 is connected to the first reservoir 34.
In a variant, the first and the second tanks 34, 42 are replaced by a heat transfer fluid distribution network.
During the normal operating phases 20, the valves 40 and 48 are open, the valves 38 and 46 are closed and the first 8 and the second 9 organs of distribution are in positions 8a and 9a. The heat transfer fluid passes through the first heat exchanger 2. It is cooled by the hot gas flowing through the leads the.
Then, the coolant travels through the second heat exchanger 26.
is then cooled by the coolant.
During the de-fouling phases 22, the first 8 and the second 9 Distribution members are in positions 8b and 9b. Hot gases loaded into dust and pollutants pass through the bypass duct lb. The exchanger of heat 2 is cleaned, for example, by not shown water jets. The valves 40 and 48 are closed. The valves 38 and 46 are open. New fluid coolant from the first reservoir 34 is injected into the loop heat exchanger 25, while the old heat transfer fluid of the loop heat exchange 25 is discharged to the second tank 42.
Claims (9)
¨ circulation du gaz chaud (3) dans un circuit principal (1a) au cours de phases de fonctionnement normal, ledit premier échangeur de chaleur (2) étant agencé
dans ledit circuit principal (1 a), des dépôts solides (7) de poussières et polluants étant formés sur les parois du tube (5) du premier échangeur de chaleur (2); et ¨ circulation du gaz (3) dans un circuit de by-pass (lb) du premier échangeur de chaleur (2) au cours de phases de désencrassement (22), caractérisé en ce que le procédé comporte en outre une étape d'abaissement de la température du fluide caloporteur (6) au cours des phases de désencrassement (22); le choc thermique résultant de l'arrêt de l' écoulement du gaz chaud conduisant à
des dilatations différentes entre les dépôts solides (7) et le tube (5) du premier échangeur de chaleur (2); ces dilatations provoquant le craquage des dépôts solides (7) et leur décollement du tube (5) du premier échangeur de chaleur (2). 1. Method of de-fouling a first heat exchanger (2) used for the cooling of hot gas laden with dust and pollutants from tanks igneous electrolysis during the manufacture of aluminum; said first exchanger heat (2) comprising at least one tube (5) in which a fluid circulates heat (6) cold capable of cooling the hot gas (3); said method comprising steps following:
¨ circulation of the hot gas (3) in a main circuit (1a) during phases of normal operation, said first heat exchanger (2) being arranged in said main circuit (1 a), solid deposits (7) of dust and pollutants being formed on the walls of the tube (5) of the first heat exchanger heat (2); and ¨ circulation of the gas (3) in a bypass circuit (lb) of the first exchanger heat (2) during de-clogging phases (22), characterized in that the method further comprises a step of lowering the the temperature of the coolant (6) during the phases of de-fouling (22); the thermal shock resulting from stopping the flow of hot gas leading to of the different dilations between the solid deposits (7) and the tube (5) of the first interchange heat (2); these dilations provoking the cracking of solid deposits (7) and their detachment of the tube (5) from the first heat exchanger (2).
pour le refroidissement de gaz chaud chargé en poussières et polluants, provenant de cuves d'électrolyse ignée lors de la fabrication d'aluminium, ledit dispositif (16) comprenant:
- au moins un premier échangeur de chaleur (2) comportant au moins un tube (5) dans lequel circule un fluide caloporteur (6) froid apte à refroidir ledit gaz chaud (3), - un circuit principal (1a) dans lequel ledit premier échangeur de chaleur (2) est agencé, ledit gaz chaud (3) étant propre à circuler dans ledit circuit principal (1a) lors de phases de fonctionnement normal (20); des dépôts solides (7) de poussières et polluants étant formés sur les parois du tube (5) du premier échangeur de chaleur (2);
- un circuit de by-pass (1b) du premier échangeur de chaleur (2) dans lequel ledit gaz chaud (3) circule pendant des phases de désencrassement (22) dudit premier échangeur de chaleur (2);
- au moins un organe de distribution (8) apte à conduire ledit gaz chaud (3) dans le circuit principal (1a) pendant les phases de fonctionnement normal (20) et dans le circuit de by-pass (1b) pendant les phases de désencrassement (22) du premier échangeur de chaleur (2), caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif d'abaissement (24) de la température du fluide caloporteur (6) propre à abaisser la température du fluide caloporteur (6), au cours de phases de désencrassement (22); le choc thermique résultant de l'arrêt de l'écoulement du gaz chaud conduisant à des dilatations différentes entre les dépôts solides et le tube (5) du premier échangeur de chaleur (2), ces dilatations provoquant le craquage des dépôts solides (7) et leur décollement du tube (5) du premier échangeur de chaleur (2). 4. Heat exchanger (2) de-fouling device (16) used for the cooling of hot gas laden with dust and pollutants from tanks igneous electrolysis during the manufacture of aluminum, said device (16) comprising:
at least one first heat exchanger (2) comprising at least one tube (5) in which circulates a cold heat transfer fluid (6) able to cool said gas hot (3), a main circuit (1a) in which said first heat exchanger (2) is arranged, said hot gas (3) being adapted to circulate in said circuit main (1a) during normal operation phases (20); solid deposits (7) of dust and pollutants being formed on the walls of the tube (5) of the first heat exchanger (2);
a bypass circuit (1b) of the first heat exchanger (2) in which said hot gas (3) circulates during de-fouling phases (22) of said first heat exchanger (2);
- At least one dispensing member (8) adapted to conduct said hot gas (3) in the main circuit (1a) during the normal operating phases (20) and in the bypass circuit (1b) during the de-fouling phases (22) of the first heat exchanger (2), characterized in that it further comprises a lowering device (24) for the temperature of the coolant (6) suitable for lowering the temperature of the fluid coolant (6), during de-clogging phases (22); thermal shock resulting from stopping the flow of hot gas leading to expansions between the solid deposits and the tube (5) of the first heat exchanger heat (2), these dilations provoking the cracking of the solid deposits (7) and their detachment from tube (5) of the first heat exchanger (2).
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