EP0864834B1 - 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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EP0864834B1
EP0864834B1 EP98400585A EP98400585A EP0864834B1 EP 0864834 B1 EP0864834 B1 EP 0864834B1 EP 98400585 A EP98400585 A EP 98400585A EP 98400585 A EP98400585 A EP 98400585A EP 0864834 B1 EP0864834 B1 EP 0864834B1
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EP
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wall
tubes
heat exchanger
fluidized bed
box
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Jean Aubry
Djamel Daoud
Alain Quaranta
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Alstom Power Boiler SA
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Alstom Power Boiler SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B31/00—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus
    • F22B31/0007—Modifications 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
    • F22B31/0084—Modifications 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 with recirculation of separated solids or with cooling of the bed particles outside the combustion bed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B31/00—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements of dispositions of combustion apparatus
    • F22B31/0007—Modifications 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
    • F22B31/0015—Modifications 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 for boilers of the water tube type
    • F22B31/0023—Modifications 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 for boilers of the water tube type with tubes in the bed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D13/00—Heat-exchange apparatus using a fluidised bed

Definitions

  • the present invention relates to a dense fluidized bed exchanger to be associated with a circulating fluidized bed reactor.
  • a dense fluidized bed exchanger comprising a box whose vertical longitudinal walls consist of tubes carrying a heat transfer fluid and divided in the direction of its length in separate chambers from each other by a spill wall constituted a wall consisting of tubes carrying a heat transfer fluid.
  • Such an exchanger is generally intended for a combustion plant comprising a circulating fluidized-bed exchanger comprising a gas outlet opening into a separation cyclone whose recovered solids are treated in this dense fluidized bed before being at least partially reinjected into the circulating fluidized-bed exchanger.
  • the intermediate chamber is equipped with a lower fluidization air supply box, fluidization air injection nozzles arranged on the lower wall of the chamber and a heat exchanger generally consisting of a plurality of parallel arrangements of tubes carrying a coolant, for example steam, arranged transversely to the chamber and suspended from the upper wall of the chamber, each tube arrangement being connected in the lower part to an inlet manifold of the heat transfer fluid and in the upper part to an outlet manifold of this heated fluid.
  • a coolant for example steam
  • Such known walls consist of walls of vertical tubes extending over the entire height of the box and having windows distributed over their width at the desired discharge height.
  • This spill arrangement does not allow the passage of solids over the entire width of the box and, the windows to be of clean width limited given the continuity of the vertical tubes from the bottom of the wall to the top of it, this The arrangement does not allow continuous and optimal flow of solids from one chamber to another.
  • the invention solves this problem by proposing a tube wall arrangement which can be achieved over a given height and thus allows a continuous and undisturbed discharge of the solids above the wall.
  • said vertical longitudinal faces consist of horizontal tubes and said wall consists of transverse and superimposed extensions of tubes of each of the vertical longitudinal faces, in the form of a hairpin, perpendicular to said tubes and extending to the opposite vertical longitudinal face.
  • these extensions are vertically alternating from one face to the other, to allow mechanical stability and flow balancing of the heat transfer fluid.
  • the wall consisting of a double cased wall is internally reinforced with spacers.
  • one tube out of two of each vertical wall comprises such an extension directed towards the other wall and between two such extensions, is intercalated an extension of the other wall which is on the same horizontal plane as the tube of the other wall having no extension.
  • the upper part of the wall is shaped as a bevel of reducing section.
  • the figure 1 is a schematic perspective view of a dense fluidized bed exchanger box.
  • the figure 2 is a perspective view of detail of an exchanger according to the invention.
  • the figure 3 is a partial sectional view along II-II of the figure 2 .
  • the figure 4 is a partial perspective view, partially broken away, of an exchanger according to the invention.
  • the vertical longitudinal walls 1A, 1B consist of horizontal tubes 11A, 12A and 11B, 12B.
  • the wall 10 consists of transverse and superposed extensions of tubes 11A, 11B of each of the vertical longitudinal walls 1A, 1B, in the form of a hairpin, perpendicular to said tubes and extending to the opposite vertical longitudinal face 1B, 1A.
  • a tube on two 11A, 11B of each vertical wall 1A, 1B has such an extension directed towards the other wall 1B, 1A. Between two such extensions, is intercalated an extension of the other wall 1B, 1A which is 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 of reducing section.
  • metal fins close the walls of tubes thus formed connecting all the adjacent tubes and the wall is covered externally with a layer of concrete 13 ( figures 3 ).
  • This tube structure is mechanically reinforced by spacers arranged inside the wall.
  • the upper part of the wall 10 is visible on the figure 3 in cross section.
  • a high spacer 14 is shown on 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 on the width of the wall, to obtain the desired mechanical stability.
  • This bottom wall called hearth also consists of horizontal tubes and, more specifically, an upper wall 15 consisting of tubes connected by horizontal fins. To each tube of this wall and below this, is connected another tube 16 by a vertical vane 17. Two tie rods 18 arranged at the right of the wall and longitudinally thereto, are welded to the floor, passing through the vertical fins 17. Connected to these tie rods 18, are placed spacers 19 of a maximum height equal to the height of the constant section portion of the wall and consist of a plate or equivalent having laterally notches receiving the tubes of extensions.

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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.
  • US-A-3893426 décrit un tel échangeur.
  • 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 boîte 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, lA)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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