EP0864834A1 - Echangeur à lit fluidisé dense destiné à être associé à un réacteur à lit fluidisé circulant - Google Patents

Echangeur à lit fluidisé dense destiné à être associé à un réacteur à lit fluidisé circulant Download PDF

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EP0864834A1
EP0864834A1 EP98400585A EP98400585A EP0864834A1 EP 0864834 A1 EP0864834 A1 EP 0864834A1 EP 98400585 A EP98400585 A EP 98400585A EP 98400585 A EP98400585 A EP 98400585A EP 0864834 A1 EP0864834 A1 EP 0864834A1
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EP
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wall
tubes
fluidized bed
heat exchanger
dense fluidized
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Jean Aubry
Djamel Daoud
Alain Quaranta
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Alstom Power Boiler SA
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GEC Alsthom Stein Industrie
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    • F22B31/0007Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus with combustion in a fluidized bed
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    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D13/00Heat-exchange apparatus using a fluidised bed

Definitions

  • the present invention relates to a bed heat exchanger dense fluidized intended to be associated with a bed reactor circulating fluidized.
  • a bed heat exchanger dense fluidized comprising a box whose walls vertical longitudinal sections are made up of tubes conveying a heat transfer fluid and divided in the direction of its length in rooms separated from each other by a discharge wall consisting of a wall consisting of tubes carrying a heat transfer fluid.
  • Such an exchanger is generally intended for a combustion plant comprising a bed heat exchanger circulating fluidized comprising a gas outlet opening in a separation cyclone whose solids recovered are treated in this dense fluidized bed before being at less partially reinjected into the bed heat exchanger circulating fluidized.
  • the intermediate chamber is equipped with a box lower fluidizing air supply, nozzles of fluidization air injection arranged on the wall bottom of the chamber and a heat exchanger generally consisting of a plurality of arrangements parallel tubes carrying a heat transfer fluid, by example of steam, arranged transversely to the chamber and hanging from the top wall of the chamber, each arrangement of tubes being connected at the bottom to a inlet manifold for the heat transfer fluid and in the upper part to an outlet manifold of this heated fluid.
  • Such known low walls consist of walls of vertical tubes extending over the entire height of the box and with windows spread across their width at the desired dumping height.
  • This discharge arrangement does not allow passage solids across the full width of the cabinet and windows must be of limited own width taking into account the continuity of the vertical tubes from the bottom of the wall to the top of it, this arrangement does not allow a flow continuous and optimal solids from one room to another.
  • the invention solves this problem by proposing a low wall arrangement made of tubes which can be realized over a given height and therefore allows continuous dumping undisturbed solids above the low wall.
  • said faces vertical longitudinal sections are made up of tubes horizontal and said wall is made up of extensions transverse and superimposed tubes of each of the faces vertical longitudinal, hairpin-shaped, perpendicular to said tubes and extending to the face opposite vertical longitudinal.
  • these extensions are vertically alternated from one side to the other, to allow mechanical stability and balancing of heat transfer fluid flow.
  • the low wall consisting of a double cased wall is internally reinforced with spacers.
  • a tube on two of each vertical wall has such an extension directed towards the other wall and between two such extensions, there is an extension of the other wall which is on the same horizontal plane as the tube of the other wall does not with no extension.
  • the upper part of the wall is shaped as a reducing bevel.
  • Figure 1 is a schematic perspective view of a dense fluidized bed heat exchanger box.
  • FIG. 2 is a detailed perspective view of a exchanger according to the invention.
  • Figure 3 is a partial sectional view along II-II in Figure 2.
  • FIG. 4 is a partial perspective view, partially torn off, from an exchanger conforming to the invention.
  • the vertical longitudinal walls 1A, 1B consist of horizontal tubes 11A, 12A and 11B, 12B.
  • the low wall 10 is made up of extensions transverse and superimposed of tubes 11A, 11B of each of vertical longitudinal walls 1A, 1B, pin-shaped with hair, perpendicular to said tubes and extending to the opposite vertical longitudinal face 1B, 1A.
  • one tube out of two 11A, 11B of each vertical wall 1A, 1B has such a directed extension towards the other wall 1B, 1A. Between two such extensions, there is an extension of the other wall 1B, 1A which located on the same horizontal plane as the tube 12A, 12B of the other wall 1A, 1B having no extension.
  • the upper part of the wall 10 is shaped as a bevel reducing section.
  • the holding of this tube structure is reinforced mechanically by spacers arranged inside the low wall.
  • the upper part of the wall 10 is visible in the figure 3 in cross section.
  • a high spacer 14 is shown in the figure 3. It is a bar welded between the two branches of the hairpin of an extension. Such spacers 14 are distributed over the height of the upper part and over the width of the wall, to obtain mechanical stability desired.
  • spacers distributed over the width of the wall provide mechanical stability as well as connection to the bottom wall of the box.
  • This bottom wall called sole is also consisting of horizontal tubes and, more precisely, a upper wall 15 consisting of tubes connected by horizontal fins.
  • a vertical fin 17 To each tube of this wall and below from this, another tube 16 is connected by a vertical fin 17.

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Abstract

La présente invention concerne un échangeur à lit fluidisé dense comportant un caisson (1) dont les parois longitudinales verticales (1A, 1B) sont constituées de tubes véhiculant un fluide caloporteur et divisé dans le sens de sa longueur en chambres séparées l'une de l'autre par un muret de déversement (10) constitué d'une paroi constituée de tubes véhiculant un fluide caloporteur. Lesdites parois longitudinales verticales (1A, 1B) sont constituées de tubes horizontaux (11A, 11B, 12A, 12B) et ledit muret s'étend à partir de la paroi inférieure du caisson (1) sur une hauteur inférieur à celle de celui-ci et est constituée de prolongements transversaux et superposés de tubes (11A, 11B) de chacune des faces longitudinales verticales (1A, 1B), en forme d'épingle à cheveux, perpendiculaires auxdits tubes et s'étendant jusqu'à la face longitudinale verticale opposée (1B, 1A). <IMAGE>

Description

La présente invention concerne un échangeur à lit fluidisé dense destiné à être associé à un réacteur à lit fluidisé circulant.
Elle concerne plus précisément un échangeur à lit fluidisé dense comportant un caisson dont les parois longitudinales verticales sont constituées de tubes véhiculant un fluide caloporteur et divisé dans le sens de sa longueur en chambres séparées l'une de l'autre par un muret de déversement constitué d'une paroi constituée de tubes véhiculant un fluide caloporteur.
Un tel échangeur est en général destiné à une installation de combustion comprenant un échangeur à lit fluidisé circulant comportant une sortie des gaz débouchant dans un cyclone de séparation dont les solides récupérés sont traités dans ce lit fluidisé dense avant d'être au moins partiellement réinjectés dans l'échangeur à lit fluidisé circulant.
De façon classique, l'échangeur à lit fluidisé dense comporte dans un caisson un certain nombre de chambres:
  • une chambre de réception des solides dans laquelle sont introduits des solides par un orifice,
  • au moins une chambre intermédiaire dans laquelle se déversent les solides après leur passage au-dessus d'un premier muret,
  • une chambre de sortie des solides recevant les solides après leur passage au-dessus d'un second muret et comportant un orifice d'évacuation des solides.
La chambre intermédiaire est équipée d'une boíte inférieure d'alimentation en air de fluidisation, de buses d'injection d'air de fluidisation disposées sur la paroi inférieure de la chambre et d'un échangeur de chaleur constitué en général d'une pluralité d'agencements parallèles de tubes véhiculant un fluide caloporteur, par exemple de la vapeur, disposés transversalement à la chambre et suspendus à la paroi supérieure de la chambre, chaque agencement de tubes étant relié en partie basse à un collecteur d'entrée du fluide caloporteur et en partie haute à un collecteur de sortie de ce fluide chauffé.
Dans cette chambre a donc lieu la fluidisation dense des solides et une récupération de chaleur par l'échangeur.
Il est connu de réaliser les parois longitudinales du caisson et les murets de déversement au moyen de tubes véhiculant un fluide caloporteur afin d'augmenter l'échange thermique, la récupération de chaleur et donc le rendement de l'installation.
De tels murets connus sont constitués de parois de tubes verticaux s'étendant sur toute la hauteur du caisson et comportant des fenêtres réparties sur leur largeur à la hauteur de déversement désirée.
Cet agencement de déversement ne permet pas le passage des solides sur toute la largeur du caisson et, les fenêtres devant être de largeur propre limitée compte-tenu de la continuité des tubes verticaux du bas du muret jusqu'au haut de celui-ci, cet agencement ne permet pas un écoulement continu et optimal des solides d'une chambre à l'autre.
L'invention résout ce problème en proposant un agencement de muret constitué de tubes qui peut être réalisé sur une hauteur donnée et permet donc un déversement continu et non perturbé des solides au-dessus du muret.
Pour ce faire, selon l'invention, lesdites faces longitudinales verticales sont constituées de tubes horizontaux et ladite paroi est constituée de prolongements transversaux et superposés de tubes de chacune des faces longitudinales verticales, en forme d'épingle à cheveux, perpendiculaires auxdits tubes et s'étendant jusqu'à la face longitudinale verticale opposée.
Il est ainsi possible de réaliser un muret de hauteur voulue.
Selon le mode de réalisation préféré, ces prolongements sont verticalement alternés d'une face à l'autre, afin de permettre une stabilité mécanique et un équilibrage de débit du fluide caloporteur.
Afin de réaliser la tenue hydrostatique, de préférence, le muret constitué d'une double paroi tubée est renforcé intérieurement d'entretoises.
Selon un mode de construction préféré, un tube sur deux de chaque paroi verticale comporte un tel prolongement dirigé vers l'autre paroi et entre deux tels prolongements, s'intercale un prolongement de l'autre paroi qui se trouve sur le même plan horizontal que le tube de l'autre paroi ne comportant pas de prolongement.
Avantageusement, la partie haute du muret est conformée en biseau de section se réduisant.
L'invention est décrite ci-après plus en détail à l'aide de figures ne représentant qu'un mode de réalisation préféré de l'invention.
La figure 1 est une vue schématique en perspective d'un caisson d'échangeur à lit fluidisé dense.
La figure 2 est une vue en perspective de détail d'un échangeur conforme à l'invention.
La figure 3 est une vue en coupe partielle selon II-II de la figure 2.
La figure 4 est une vue partielle en perspective, partiellement arrachée, d'un échangeur conforme à l'invention.
De façon classique, un échangeur à lit fluidisé dense schématisé sur la figure 1 comporte dans un caisson 1 un certain nombre de chambres:
  • une chambre de réception 2 des solides dans laquelle sont introduits des solides par un orifice 3,
  • au moins une chambre 4, 5 dans laquelle se déversent les solides après leur passage au-dessus d'un premier muret 10A et séparées l'une de l'autre par un muret du même type 10B,
  • une chambre de sortie 6 des solides recevant les solides après leur passage au-dessus d'un autre muret 10C et comportant un orifice 7 d'évacuation des solides.
Comme visible sur la figure 2, selon l'invention, les parois longitudinales verticales 1A, 1B sont constituées de tubes horizontaux 11A, 12A et 11B, 12B.
Le muret 10 est constituée de prolongements transversaux et superposés de tubes 11A, 11B de chacune des parois longitudinales verticales 1A, 1B, en forme d'épingle à cheveux, perpendiculaires auxdits tubes et s'étendant jusqu'à la face longitudinale verticale opposée 1B, 1A.
Plus précisément, un tube sur deux 11A, 11B de chaque paroi verticale 1A, 1B comporte un tel prolongement dirigé vers l'autre paroi 1B, 1A. Entre deux tels prolongements, s'intercale un prolongement de l'autre paroi 1B, 1A qui se trouve sur le même plan horizontal que le tube 12A, 12B de l'autre paroi 1A, 1B ne comportant pas de prolongement.
La partie haute du muret 10 est conformée en biseau de section se réduisant.
Il est ainsi réalisé un pas constant entre tubes, que ce soit sur les parois verticales ou sur le muret et ceci sans intersection de tubes.
De façon classique, des ailettes métalliques ferment les parois de tubes ainsi formées reliant tous les tubes adjacents et le muret est recouvert extérieurement d'une couche de béton 13 (figures 3).
La tenue de cette structure de tubes est renforcée mécaniquement par des entretoises disposées à l'intérieur du muret.
La partie haute du muret 10 est visible sur la figure 3 en coupe transversale.
Une entretoise haute 14 est représentée sur la figure 3. Il s'agit d'une barre soudée entre les deux branches de l'épingle à cheveux d'un prolongement. De telles entretoises 14 sont réparties sur la hauteur de la partie haute et sur la largeur du muret, pour obtenir la stabilité mécanique souhaitée.
En partie basse du muret 10, comme visible sur la figure 4, des entretoises réparties sur la largeur du muret assurent la stabilité mécanique ainsi que la liaison à la paroi inférieure du caisson.
Cette paroi inférieure appelée sole est également constituée de tubes horizontaux et, plus précisément, d'une paroi supérieure 15 constituée de tubes reliés par des ailettes horizontales. A chaque tube de cette paroi et au-dessous de celui-ci, est relié un autre tube 16 par une ailette verticale 17. Deux tirants 18 disposés au droit du muret et longitudinalement à celui-ci, sont soudés à la sole, traversant les ailettes verticales 17. Reliées à ces tirants 18, sont mises en place des entretoises 19 d'une hauteur maximale égale à la hauteur de la partie de section constante du muret et constituées d'une plaque ou équivalent comportant latéralement des échancrures recevant les tubes des prolongements.

Claims (5)

  1. Echangeur à lit fluidisé dense comportant un caisson (1) dont les parois longitudinales verticales (1A, 1B) sont constituées de tubes véhiculant un fluide caloporteur et divisé dans le sens de sa longueur en chambres séparées l'une de l'autre par un muret de déversement (10) constitué d'une paroi constituée de tubes véhiculant un fluide caloporteur, caractérisé en ce que lesdites parois longitudinales verticales (1A, 1B) sont constituées de tubes horizontaux (11A, 11B, 12A, 12B) et ledit muret s'étend à partir de la paroi inférieure du caisson (1) sur une hauteur inférieur à celle de celui-ci et est constituée de prolongements transversaux et superposés de tubes (11A, 11B) de chacune des faces longitudinales verticales (1A, 1B), en forme d'épingle à cheveux, perpendiculaires auxdits tubes et s'étendant jusqu'à la face longitudinale verticale opposée (1B, 1A).
  2. Echangeur à lit fluidisé dense selon la revendication 1, caractérisé en ce que ces prolongements sont verticalement alternés d'une face à l'autre.
  3. Echangeur à lit fluidisé dense selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le muret constitué d'une double paroi tubée est renforcé intérieurement d'entretoises (14, 19).
  4. Echangeur à lit fluidisé dense selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un tube sur deux (11A, 11B) de chaque paroi verticale (1A, 1B) comporte un tel prolongement dirigé vers l'autre paroi (1B, 1A) et en ce qu'entre deux tels prolongements, s'intercale un prolongement de l'autre paroi (1B, 1A) qui se trouve sur le même plan horizontal que le tube (12A, 12B) de l'autre paroi (1A, 1B) ne comportant pas de prolongement.
  5. Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie haute du muret est conformée en biseau de section se réduisant.
EP98400585A 1997-03-13 1998-03-12 Echangeur à lit fluidisé dense destiné à être associé à un réacteur à lit fluidisé circulant Expired - Lifetime EP0864834B1 (fr)

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