FR2542423A1 - Heat recovery economiser assembly - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention est relative à un économiseur de chaleur du type à tubes horizontaux et a pour objet l'amélioration du rendement de transmission de la chaleur dans l'économiseur et la protection des tubes constituant l'économiseur contre toute surchauffe due à des vides produits à la partie supérieure de ces tubes par la présence de bulles de vapeur résultant de la chaleur provenant des gaz d'échappement. The present invention relates to a heat saver of the horizontal tube type and has for its object the improvement of the heat transmission efficiency in the economizer and the protection of the tubes constituting the economizer against any overheating due to empty products. at the upper part of these tubes by the presence of vapor bubbles resulting from the heat coming from the exhaust gases.
La Demanderesse a mis au point et fait connaitre des économiseurs à basse température dans lesquels on utilise des tubes de transmission de chaleur réalisés en verre résistant à haute température. La présente invention permet de déterminer par l'observation directe, de l'extérieur, les conditions dans lesquelles les bulles de vapeur se forment dans ces tubes en verre réfractaire. The Applicant has developed and publicized low temperature economizers in which heat transmission tubes made of high temperature resistant glass are used. The present invention makes it possible to determine, by direct observation, from the outside, the conditions under which the vapor bubbles form in these refractory glass tubes.
Le but de l'invention est de permettre la réalisation d'un dispositif améliorant la transmission de la chaleur dans un économiseur du type à tubes horizontaux en réduisant le plus possible la formation de bulles de vapeur dans les tubes de transmission de chaleur constituant 1 'économiseur. The object of the invention is to allow the production of a device improving the transmission of heat in an economizer of the horizontal tube type by reducing as much as possible the formation of vapor bubbles in the heat transmission tubes constituting 1 ' saver.
Le but de l'invention est également d'empêcher que les tubes de transmission de la chaleur constituant l'économiseur du type horizontal subissent une surchauffe dans leurs parties supérieures par suite de la formation de bulles de vapeur. The object of the invention is also to prevent the heat transmission tubes constituting the economiser of the horizontal type from overheating in their upper parts as a result of the formation of vapor bubbles.
Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Various other characteristics of the invention will also emerge from the detailed description which follows.
Des formes due réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé. Embodiments of the object of the invention are shown, by way of nonlimiting examples, in the accompanying drawing.
La fig. 1 représente un économiseur à basse température comprenant des tubes de transmission de la chaleur réalisés en verre réfractaire, selon l'invention. Fig. 1 shows a low temperature economizer comprising heat transmission tubes made of refractory glass, according to the invention.
La fig. 2 représente un mode de réalisation de l'invention dans lequel l'économiseur à basse tempé rature est constitué par des tubes de transmission de chaleur en verre réfractaire. Fig. 2 shows an embodiment of the invention in which the economizer at low temperature is constituted by heat transmission tubes of refractory glass.
La fig. 3 est une courbe indiquant comment varient, en fonction de l'inclinaison des tubes de transmission de la chaleur en abscisse, les températures. obtenues en ordonnée, c'est-à-dire les taux de transmission de la chaléur déterminé sur un économiseur suivant lein- vention. Fig. 3 is a curve indicating how the temperatures vary, as a function of the inclination of the heat transfer tubes on the abscissa. obtained on the ordinate, that is to say the transmission rates of heat determined on an economizer according to the invention.
La fig. 4 représente un économiseur à tubes horizontaux du type habituel pour hautes températures et hautes pressions dans lequel les tubes sont en acier. Fig. 4 shows an economizer with horizontal tubes of the usual type for high temperatures and high pressures in which the tubes are made of steel.
La fig. 5 représente un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel l'économiseur du type à tubes horizontaux pour hautes températures et hautes pressions comporte des tubes en acier comme 1'économiseur de la fig. 4. Fig. 5 shows another embodiment of the invention in which the economizer of the type with horizontal tubes for high temperatures and high pressures comprises steel tubes like the economizer of FIG. 4.
La fig. 6 représente un autre mode de réalisation de l'invention comportant une série d'économiseurs du type à tubes horizontaux pour hautes températures et hautes pressions. Fig. 6 shows another embodiment of the invention comprising a series of economizers of the horizontal tube type for high temperatures and high pressures.
Avant d'expliquer l'invention, il y a lieu de décrire, en se référant à la fig. 1, un économiseur comportant des tubes de transmission de la chaleur réalisés en verre réfractaire. Before explaining the invention, it is necessary to describe, with reference to FIG. 1, an economizer comprising heat transmission tubes made of refractory glass.
A la fig. 1, la référence 1 désigne un conduit dans lequel passe, dans le sens de la flèche, une certaine quantité de gaz d'échappement entre deux parois latérales 2 et 2', situées à un mètre environ l'une de l'autre, tandis que la référence 3 désigne l'économiseur constitué par les tubes de transmission de la chaleur 4, 4' ... en verre réfractaire montés dans ce conduit 1. L'appareil comprend également un récipient d'eau 5, un tube d'aspiration 6 et une boîte 7, l'eau aspirée au niveau de cette boite 7 pénétrant dans le tube dont le niveau de température est le plus bas pour arriver finalement à la boite 9 où elle est à une température de 900 environ et où elle est aspirée par la pompe 10 et envoyée dans le conduit 11. Il est impossible d'utiliser de fortes pressions dans des tubes de transmission de chaleur réalisés en verre réfractaire.La fig 1 représente un exemple dans lequel l'économiseur à basse pression est monté du côté aspiration de la pompe 10. In fig. 1, reference 1 designates a conduit in which passes, in the direction of the arrow, a certain amount of exhaust gas between two side walls 2 and 2 ', located about one meter from one another, while that the reference 3 designates the economizer constituted by the heat transmission tubes 4, 4 '... made of refractory glass mounted in this duct 1. The apparatus also comprises a water container 5, a suction tube 6 and a box 7, the water sucked at the level of this box 7 entering the tube whose temperature level is the lowest to finally arrive at the box 9 where it is at a temperature of approximately 900 and where it is sucked by the pump 10 and sent into the conduit 11. It is impossible to use high pressures in heat transmission tubes made of refractory glass. FIG. 1 represents an example in which the low pressure economizer is mounted on the side pump suction 10.
L'observation du fonctionnement de cet économiseur à basse température a montré que les bulles de vapeur se formaient à la surface intérieure supérieure des tubes 4, 4' ... de transmission de chaleur réalisés en verre réfractaire, que ces bulles de vapeur atteignaient des dimensions considérables et qu'elles ne se déplaçaient pas, contrairement à ce que l'on aurait pu supposer. La présence de ces bulles réduit dans des proportions considérables le taux de transmission de la chaleur par les tubes. Observation of the operation of this economizer at low temperature has shown that the vapor bubbles formed on the upper interior surface of the heat transfer tubes 4, 4 ′ ... made of refractory glass, that these vapor bubbles reached considerable dimensions and that they did not move, contrary to what one could have supposed. The presence of these bubbles considerably reduces the rate of heat transmission through the tubes.
La fig. 2 représente un mode de réalisation de l'invention appliquée à un économiseur à basse température comme celui. de la fig. 1, dans lequel les tubes sont en verre réfractaire. Comme le montre la fig. 2, les tubes 14, 14' ... en verre réfractaire sont légèrement inclinés de manière à monter dans le sens dans lequel l'eau circule dans les tubes qui sont reliés par des éléments de tube 18, 18' ... en-forme de U. Lorsque la pente des tubes de transmission de chaleur 14, 14' ... est d'envi- ron 2 mm pour un mètre environ, les bulles formées dans ces tubes commencent à se déplacer lentement; lorsque la pente est de 5 mm pour un mètre environ, les bulles de vapeur se déplacent régulièrement dans le sens de l'écoulement de l'eau.Lorsque la pente est de plus de 5 mm pour un mètre environ, aucune bulle ne peut plus rester à sa place, mais les dimensions de l'économiseur à basse température deviennent alors considérables et son prix de revient augmente. Fig. 2 shows an embodiment of the invention applied to a low temperature economizer like that. of fig. 1, in which the tubes are made of refractory glass. As shown in fig. 2, the tubes 14, 14 '... made of refractory glass are slightly inclined so as to rise in the direction in which the water circulates in the tubes which are connected by tube elements 18, 18' ... U-shaped. When the slope of the heat transmission tubes 14, 14 '... is about 2 mm for about one meter, the bubbles formed in these tubes begin to move slowly; when the slope is 5 mm for approximately one meter, the bubbles of vapor move regularly in the direction of the flow of water. When the slope is more than 5 mm for one meter, no bubble can more stay in its place, but the dimensions of the economizer at low temperature then become considerable and its cost price increases.
En effectuant, au cours de ces observations, des mesures pour déterminer le taux de transmission de la chaleur dans cet économiseur à basse température, on a pu établir une relation, représentée à la fig. 3, entre la pente donnée aux tubes de transmission de la chaleur et le taux de transmission obtenu, c'est--àwdire les températures fournies par l'économiseur. Le graphique indique en ordonnée la température de l'eau chaude fournie par l'économiseur et, en abscisse, la pente des tubes de l'économiseur. By carrying out, during these observations, measurements to determine the rate of heat transmission in this economizer at low temperature, it was possible to establish a relationship, represented in FIG. 3, between the slope given to the heat transmission tubes and the transmission rate obtained, that is to say the temperatures supplied by the economizer. The graph shows on the ordinate the temperature of the hot water supplied by the economizer and, on the abscissa, the slope of the tubes of the economizer.
Ces observations ont été faites sur un éconos miseur comportant des tubes en verre réfractaire, mais on peut admettre que le phénomène de la formation des bulles se produit de la même manière dans un économiseur du type à tubes horizontaux pour hautes températures et hautes pressions dans lequel les tubes de transmission de chaleur sont en acier comme ceux que représente la fig. 4. These observations were made on an econos miseur comprising refractory glass tubes, but we can admit that the phenomenon of the formation of bubbles occurs in the same way in an economizer of the type with horizontal tubes for high temperatures and high pressures in which the heat transmission tubes are made of steel like those shown in fig. 4.
A la fig. 4 la référence 21 désigne un conduit dans lequel les gaz d'échAppement circulent, dans le sens de la flèche, entre les parois latérales 22 et 22' espacées d1un mètre environ; l'économiseur 23 est du type à tubes horizontaux pour hautes températures et hautes pressions et les tubes de transmission de chaleur 24, 24' ... sont disposés horizontalement dans le conduit. L'ap- pareil comprend également un réservoir d'eau 25, un tube d'aspiration 26, une pampre à haute pression 27, un con duit d'évacuation 28 et une boite 292 partant de cette boîte, l'eau pénètre dans le tube 24 le plus bas, puis parcourt tous les tubes de transmission de chaleur 24', 24" ... en passant par les éléments de tubes 30, 30' en forme de U, pour arriver à une température élevée et sous forte pression àla boite 31 d'où elle est envoyée, par le conduit de sortie 32, à un appareil comme, par exemple, une chaudière à vapeur. In fig. 4 the reference 21 designates a conduit in which the exhaust gases circulate, in the direction of the arrow, between the side walls 22 and 22 ′ spaced about one meter apart; the economizer 23 is of the type with horizontal tubes for high temperatures and high pressures and the heat transmission tubes 24, 24 '... are arranged horizontally in the duct. The apparatus also comprises a water tank 25, a suction tube 26, a high pressure drain 27, a discharge line 28 and a box 292 starting from this box, the water enters the lowest tube 24, then runs through all the heat transmission tubes 24 ', 24 "... passing through the U-shaped tube elements 30, 30', to reach a high temperature and under high pressure box 31 from which it is sent, via the outlet duct 32, to an apparatus such as, for example, a steam boiler.
La fig. 5 représente un mode de réalisation de l'invention appliquéeà un économiseur du type à tubes horizontaux pour températures élevées et fortes pressions dans lequel les tubes de transmission de chaleur sont en acier comme ceux que représente la fig. 4. Fig. 5 shows an embodiment of the invention applied to an economizer of the horizontal tube type for high temperatures and high pressures in which the heat transmission tubes are made of steel like those shown in FIG. 4.
Comme le montre la fig. 5, les tubes de transmission de chaleur 34, 34' ... sont disposés de manière à monter légèrement dans le sens de la circulation de l'eau dans les tubes et ils sont reliés aux tubes de transmission de chaleur suivant 34', 34" situés au-dessus d'eux par des éléments de tube 40, 40' en forme d'U. As shown in fig. 5, the heat transmission tubes 34, 34 '... are arranged so as to rise slightly in the direction of circulation of the water in the tubes and they are connected to the following heat transmission tubes 34', 34 "located above them by U-shaped tube elements 40, 40 '.
Dans le cas des tubes de transmission de la chaleur réalisés en acier, le phénomène de la formation des bulles de vapeur ne peut pas être observé de l'ex- térieur. I1 est cependant possible d'effectuer des essais consistant à faire varier la pente des tubes de 2 à 5 mm pour un mètre environ. Ces essais ont mis en évidence une relation d'allure analogue à celle que représente la courbe de la fig. 3. In the case of heat transmission tubes made of steel, the phenomenon of the formation of vapor bubbles cannot be observed from the outside. It is however possible to carry out tests consisting in varying the slope of the tubes from 2 to 5 mm for about one meter. These tests have shown a similar relationship to that represented by the curve in FIG. 3.
La fig. 6 représente un autre mode de réalisation de l'invention appliquée à un économiseur du type à tubes horizontaux pour températures élevées et fortes pressions dans lequel les tubes de transmission de chaleur sont en acier et associés à des boutes 49, 50 disposées des deux côtés. Les gaz d'échappement à haute température pénètrent dans le sens de la flèche dns le conduit 41 entre les parois latérales 42 et 42' séparées par une distance de un mètre environ et l'appareil comprend, à l'intérieur de ce conduit, plusieurs économiseurs pour températures élevées et fortes pressions comportant des tubes de transmission de chaleur en acier 44,44'... Fig. 6 shows another embodiment of the invention applied to an economizer of the horizontal tube type for high temperatures and high pressures in which the heat transmission tubes are made of steel and associated with ends 49, 50 arranged on both sides. The high temperature exhaust gases penetrate in the direction of the arrow into the conduit 41 between the side walls 42 and 42 ′ separated by a distance of approximately one meter and the apparatus comprises, inside this conduit, several economizers for high temperatures and high pressures with 44.44 'steel heat transmission tubes ...
L'appareil comprend également un réservoir d'eau 45, un tube d'aspiration 46, une pompe à haute pression 47, un tube de sortie 48, des boîtes 49 et 50 et un tube d'évacuation 51. L'eau chauffée par les différents économiseurs à température élevée et sous forte pression est envoyée à un appareil comme, par exemple, une chaudière à vapeur. L'expérience a montré que l'économiseur du type représenté à la fig. 6 se comporte suivant la courbe de la fig. 3.The apparatus also comprises a water tank 45, a suction tube 46, a high-pressure pump 47, an outlet tube 48, boxes 49 and 50 and a discharge tube 51. The water heated by the various economizers at high temperature and under high pressure is sent to a device such as, for example, a steam boiler. Experience has shown that the economizer of the type shown in fig. 6 behaves along the curve of FIG. 3.
L'invention permet d'augmenter de 10 pour cent environ le taux de transmission de chaleur de n'importe quel économiseur en inclinant les tubes de transmission de chaleur suivant une pente de 2 à 5 mm pour un mètre environ, en général de 5 mm, de manière à les faire monter légèrement dans le sens de l'écoulement de l'eau, ce qui permet donc des économies d'énergie thermique. The invention makes it possible to increase the heat transmission rate of any economiser by about 10 percent by tilting the heat transmission tubes at a slope of 2 to 5 mm for about one meter, generally 5 mm. , so that they rise slightly in the direction of the water flow, which therefore saves thermal energy.
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Applications Claiming Priority (1)
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