EP1096200B1 - Echangeur mural pour foyer de chaudière - Google Patents

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EP1096200B1
EP1096200B1 EP00402678A EP00402678A EP1096200B1 EP 1096200 B1 EP1096200 B1 EP 1096200B1 EP 00402678 A EP00402678 A EP 00402678A EP 00402678 A EP00402678 A EP 00402678A EP 1096200 B1 EP1096200 B1 EP 1096200B1
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EP
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heat exchanger
tubes
exchanger
wall
hearth
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EP00402678A
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Christian Enault
Jean-Claude Semedard
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Alstom Power Boiler SA
Original Assignee
Alstom Power Boiler SA
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Publication date
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22G—SUPERHEATING OF STEAM
    • F22G3/00—Steam superheaters characterised by constructional features; Details of component parts thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B21/00—Water-tube boilers of vertical or steeply-inclined type, i.e. the water-tube sets being arranged vertically or substantially vertically
    • F22B21/22—Water-tube boilers of vertical or steeply-inclined type, i.e. the water-tube sets being arranged vertically or substantially vertically built-up from water tubes of form other than straight or substantially straight
    • F22B21/30—Water-tube boilers of vertical or steeply-inclined type, i.e. the water-tube sets being arranged vertically or substantially vertically built-up from water tubes of form other than straight or substantially straight bent in U-loop form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22G—SUPERHEATING OF STEAM
    • F22G1/00—Steam superheating characterised by heating method
    • F22G1/06—Steam superheating characterised by heating method with heat supply predominantly by radiation

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger intended to be mounted on a vertical screen wall of a power plant boiler home electric, consisting of tubes extending in said vertical direction between a lower part of the exchanger and a high part of the exchanger and in which water vapor is circulated between an inlet of the tubes of the exchanger and an outlet from the exchanger tubes to be heated, each tube being bent in a U-turn at the top of the exchanger, the inlet and the outlet exchanger tubes being arranged in the lower part of the exchanger.
  • Such a wall heat exchanger is more particularly intended for a boiler operating in natural or controlled circulation in which the walls of the boiler hearth consist of tubes through which an emulsion circulates water-water vapor.
  • This wall heat exchanger is intended to recover energy heat available at high temperature at the top of the fireplace to heat water vapor which allows downstream of the boiler to reduce the surface of the steam superheater and superheater exchangers.
  • the superheater 37 is composed of a plurality of groups of tubes 40 spaced from each other, each group comprising some tubes 40 aligned in a plane and forming a panel extending perpendicular to the walls.
  • the present invention proposes to improve the arrangement of such a exchanger.
  • the subject of the invention is therefore a heat exchanger, intended to be mounted on a vertical screen wall of a central heating boiler production of electrical energy, consisting of tubes extending along said vertical direction between a lower part of the exchanger and an upper part of the exchanger and in which water vapor is circulated between a inlet of the exchanger tubes and an outlet of the exchanger tubes to be heated, each tube being bent in a U-turn at the top of the exchanger, the inlet and outlet of the exchanger tubes being arranged in lower part of the exchanger, characterized in that the exchanger tubes are aligned in a plane, parallel to the screen wall, and form individually or in small groups alternating ascending circuits and circuits descendants.
  • the exchanger placed parallel to the screen wall masks this screen wall and the heat exchange between the hot gases at the top of the hearth is done for the benefit of the exchanger and not for the benefit of the tubes of the screen wall.
  • the lower part of the exchanger is rigidly fixed to the fire screen wall and the upper part of the heat exchanger is slidably fixed to the screen wall in said vertical direction.
  • the alternating arrangement of rising circuits and circuits descendants avoids too large temperature gradients between tubes adjacent to limit their deformation under the effect of stresses thermal. This arrangement is particularly advantageous when the tubes are assembled to form nested tube panels. If the exchanger consists of tube panels, it is possible to increase the size of the fins between the vertical tubes forming the screen wall because these are less subject to radiation from the home and this results in a simplification of the design of the upper part of the fireplace.
  • Figure 1 very schematically illustrates a central heating boiler production of electrical energy with a fireplace provided in its upper part wall heat exchangers according to the invention.
  • FIG 2 very schematically shows a wall-mounted heat exchanger on a screen wall of the fireplace illustrated in Figure 1.
  • FIGS 3 and 4 illustrate the alternation of rising circuits and descendants of an exchanger according to the invention.
  • Figure 5 is a partial view showing part of a screen wall composed of tubes and part of an exchanger according to the invention, and showing the sliding link, in the upper part, of the exchanger on the screen wall.
  • the hearth 1 of a steam generating boiler for a power plant which can be a vaulted ball boiler or conventional balloon, is of a classic design based on tubes in which circulates a water-steam emulsion.
  • the vertical screen walls at the top of the fireplace are fitted with heat exchangers thermal such as 5 and 6, each called thereafter wall-mounted exchanger.
  • each wall heat exchanger as 5 is secured to a screen wall adjacent M and consists of tubes such as 7 aligned in a plane, parallel to the screen wall M, and extending in the vertical direction between a lower part B of the exchanger and an upper part H of the exchanger.
  • tubes such as 7 aligned in a plane, parallel to the screen wall M, and extending in the vertical direction between a lower part B of the exchanger and an upper part H of the exchanger.
  • water vapor is circulated between an inlet E of the exchanger tubes and an outlet S of the exchanger tubes to be heated.
  • each tube 7 is bent in a U-turn at the top of the exchanger and the inlet E and the outlet S of the exchanger tubes are partly arranged bottom of the exchanger.
  • the bending of the tubes 7 can also be carried out outside of the hearth in which case a watertight device must be provided allowing the tubes to expand relative to the ceiling P of the fireplace. It can also be done at the interior of the fireplace as illustrated in Figure 1 which simplifies
  • the lower part B of the exchanger 5 is rigidly fixed to the adjacent wall M for example by fixed points 8, 9 between the tubes 11 (FIG. 5) of the screen wall M and the exchanger tubes 5.
  • the upper part H of the exchanger is fixed to the wall screen sliding in the vertical direction using at least one collar as 10 more visible in Figure 5, attached to at least one vertical tube 7 of the exchanger and in which is slidably engaged at least one vertical tube 11 of the screen wall M.
  • collars such as 10 can be spaced along the tubes 7 of the exchanger in the vertical direction as illustrated in FIG. 2.
  • the tubes 7 of the exchanger are aligned in a vertical plane and form individually ( Figure 3) or in small groups or layers ( Figure 4), an alternation of rising circuits and circuits descendants illustrated by arrows.
  • the tubes 7 are assembled to form nested panels of tubes such as 12 and 13, the assembly of the contiguous tubes constituting the panels of the exchanger being conventionally produced by vertical fins (not illustrated in the drawings) welded between contiguous tubes. With this construction, the assembled tubes do not not pass through the ceiling P of fireplace 1.
  • the construction of a wall exchanger according to the invention contributes to reinforce the reliability of the exchanger and its resistance over time and therefore reduce home maintenance costs.

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Description

L'invention porte sur un échangeur thermique destiné à être monté sur un mur écran vertical d'un foyer de chaudière de centrale de production d'énergie électrique, constitué de tubes s'étendant suivant ladite direction verticale entre une partie basse de l'échangeur et une partie haute de l'échangeur et dans lesquels de la vapeur d'eau est mise en circulation entre une entrée des tubes de l'échangeur et une sortie des tubes de l'échangeur pour être réchauffée, chaque tube étant coudé en demi-tour en partie haute de l'échangeur, l'entrée et la sortie des tubes de l'échangeur étant disposées en partie basse de l'échangeur.
Un tel échangeur mural est plus particulièrement destiné à un foyer de chaudière fonctionnant en circulation naturelle ou contrôlée dans lequel les murs du foyer de la chaudière sont constitués par des tubes où circule une émulsion eau-vapeur d'eau. Cet échangeur mural est destiné à récupérer l'énergie thermique disponible à haute température en haut du foyer pour réchauffer de la vapeur d'eau ce qui permet en aval de la chaudière de réduire la surface des échangeurs surchauffeurs et resurchauffeurs de vapeur d'eau.
Le brevet français 1 084 205 décrit ainsi en référence aux figures 1 à 4 un surchauffeur référencé 37 tel que ci-dessus.
Dans ce document, le surchauffeur 37 est composé d'une pluralité de groupes de tubes 40 espacés les uns des autres, chaque groupe comportant quelques tubes 40 alignés dans un plan et formant un panneau s'étendant perpendiculairement aux murs.
La présente invention se propose d'améliorer la disposition d'un tel échangeur.
L'invention a ainsi pour objet un échangeur thermique, destiné à être monté sur un mur écran vertical d'un foyer de chaudière de centrale de production d'énergie électrique, constitué de tubes s'étendant suivant ladite direction verticale entre une partie basse de l'échangeur et une partie haute de l'échangeur et dans lesquels de la vapeur d'eau est mise en circulation entre une entrée des tubes de l'échangeur et une sortie de tubes de l'échangeur pour être réchauffée, chaque tube étant coudé en demi-tour en partie haute de l'échangeur, l'entrée et la sortie des tubes de l'échangeur étant disposées en partie basse de l'échangeur, caractérisé en ce que les tubes de l'échangeur sont alignés dans un plan, parallèlement au mur écran, et forment individuellement ou par petits groupes une alternance de circuits montants et de circuits descendants.
Ainsi, l'échangeur placé parallèlement au mur écran masque ce mur écran et l'échange de chaleur entre les gaz chauds en haut du foyer se fait au profit de l'échangeur et non pas au profit des tubes du mur écran.
La partie basse de l'échangeur est fixée rigidement au mur écran du foyer et la partie haute de l'échangeur est fixée au mur écran de façon coulissante suivant ladite direction verticale.
Avec cette disposition, la partie haute de l'échangeur montée coulissante par rapport au mur écran adjacent ne supporte pas le poids des collecteurs de sorties de tube de l'échangeur. De part cette disposition, l'échangeur est facilement vidangeable et ne traverse pas le plafond de la chambre de combustion ce qui simplifie la construction de celui-ci
La disposition en alternance de circuits montants et de circuits descendants évite les trop grands gradients de température entre tubes adjacents pour limiter la déformation de ceux-ci sous l'effet des contraintes thermiques. Cette disposition est particulièrement avantageuse quand les tubes sont assemblés pour former des panneaux de tubes imbriqués. Si l'échangeur est constitué de panneaux de tubes, il est possible d'augmenter la taille des ailettes entre les tubes verticaux formant le mur écran car ceux-ci sont moins soumis aux radiations du foyer et il résulte une simplification de la conception de la partie haute du foyer.
Un exemple de réalisation de l'invention est décrit ci-après en détails et illustré sur les dessins.
La figure 1 illustre très schématiquement une chaudière de centrale de production d'énergie électrique avec un foyer muni dans sa partie haute d'échangeurs muraux selon l'invention.
La figure 2 montre de façon très schématique un échangeur mural monté sur un mur écran du foyer illustré sur la figure 1.
Les figures 3 et 4 illustrent l'alternance de circuits montants et descendants d'un échangeur selon l'invention.
La figure 5 est une vue partielle montrant une partie d'un mur écran composé de tubes et une partie d'un échangeur selon l'invention, et montrant la liaison coulissante, en partie haute, de l'échangeur sur le mur écran.
Sur la figure 1, le foyer 1 d'une chaudière génératrice de vapeur pour une centrale de production d'énergie, qui peut être une chaudière à ballon en voûte ou à ballon conventionnel, est d'une conception classique à base de tubes dans lesquels circule une émulsion eau-vapeur d'eau.
Les murs écran verticaux du haut du foyer sont munis d'échangeurs thermiques tels que 5 et 6, chacun appelé par la suite échangeur mural.
Figure 2, chaque échangeur mural tel que 5 est solidarisé à un mur écran adjacent M et est constitué de tubes tels que 7 alignés dans un plan, parallèlement au mur écran M, et s'étendant suivant la direction verticale entre une partie basse B de l'échangeur et une partie haute H de l'échangeur. De la vapeur d'eau est mise en circulation entre une entrée E des tubes de l'échangeur et une sortie S des tubes de l'échangeur pour être réchauffée. Comme visible sur la figure 2, chaque tube 7 est coudé en demi-tour en partie haute de l'échangeur et l'entrée E et la sortie S des tubes de l'échangeur sont disposées en partie basse de l'échangeur. Le coudage des tubes 7 peut aussi s'effectuer en dehors du foyer auquel cas il faut prévoir un dispositif étanche permettant aux tubes 7 de se dilater par rapport au plafond P du foyer. Il peut aussi s'effectuer à l'intérieur du foyer comme illustré sur la figure 1 ce qui simplifie la conception du plafond du foyer.
La partie basse B de l'échangeur 5 est fixée rigidement au mur adjacent M par exemple par des points fixes 8, 9 entre les tubes 11 (figure 5) du mur écran M et les tubes de l'échangeur 5. La partie haute H de l'échangeur est fixée au mur écran de façon coulissante suivant la direction verticale à l'aide d'au moins un collier tel que 10 plus visible sur la figure 5, fixé à au moins un tube vertical 7 de l'échangeur et dans lequel est engagé coulissant au moins un tube vertical 11 du mur écran M. Plusieurs colliers tels que 10 peuvent être espacés le long des tubes 7 de l'échangeur suivant la direction verticale comme illustré sur la figure 2.
Comme visible sur les figues 3 et 4, les tubes 7 de l'échangeur sont alignés dans un plan vertical et forment individuellement (figure 3) ou par petits groupes ou nappes (figure 4), une alternance de circuits montants et de circuits descendants illustrés par des flèches. Dans le cas de la figure 3 ou 4, les tubes 7 sont assemblés pour former des panneaux imbriqués de tubes tels que 12 et 13, l'assemblage des tubes jointifs constituant les panneaux de l'échangeur étant réalisé classiquement par des ailettes verticales (non illustrées sur les dessins) soudées entre tubes jointifs. Avec cette construction, les tubes assemblés ne traversent pas le plafond P du foyer 1.
La construction d'un échangeur mural selon l'invention contribue à renforcer la fiabilité de l'échangeur et sa tenue dans le temps et donc à diminuer les coûts de maintenance du foyer.

Claims (4)

  1. Echangeur thermique (5,6), destiné à être monté sur un mur écran vertical (M) d'un foyer (1) de chaudière de centrale de production d'énergie électrique, constitué de tubes (7) s'étendant suivant ladite direction verticale entre une partie basse (B) de l'échangeur et une partie haute (H) de l'échangeur et dans lesquels de la vapeur d'eau est mise en circulation entre une entrée (E) des tubes de l'échangeur et une sortie (S) de tubes de l'échangeur pour être réchauffée, chaque tube étant coudé en demi-tour en partie haute de l'échangeur, l'entrée (E) et la sortie (S) des tubes de l'échangeur étant disposées en partie basse de l'échangeur, caractérisé en ce que les tubes (7) de l'échangeur sont alignés dans un plan, parallèlement au mur écran (M), et forment individuellement ou par petits groupes une alternance de circuits montants et de circuits descendants.
  2. Echangeur selon la revendication 1, dans lequel les tubes sont assemblés pour former des panneaux de tubes (12,13) imbriqués.
  3. Foyer de chaudière de centrale de production d'énergie électrique comprenant au moins un mur écran vertical (M) sur lequel est solidarisé un échangeur (5,6) selon l'une des revendications 1 ou 2 et dans lequel la partie basse (B) de l'échangeur est fixée rigidement au mur et la partie haute (H) de l'échangeur est fixée au mur de façon coulissante suivant ladite direction verticale.
  4. Foyer selon la revendication 3, dans lequel l'échangeur ne traverse pas le plafond (P) du foyer.
EP00402678A 1999-10-28 2000-09-28 Echangeur mural pour foyer de chaudière Expired - Lifetime EP1096200B1 (fr)

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