FR2555296A1

FR2555296A1 - Improvements made to radiating tubes

Info

Publication number: FR2555296A1
Application number: FR8318687A
Authority: FR
Inventors: Didier Brun; Pablo Milla Gravalos
Original assignee: Stein Heurtey SA
Current assignee: Fives Stein SA
Priority date: 1983-11-18
Filing date: 1983-11-18
Publication date: 1985-05-24
Also published as: FR2555296B1

Abstract

The subject of the present invention is a radiating tube. According to the invention, its upstream zone 4a, in which the combustion develops, comprises external fins or studs 7 over at least part of its length, whilst its zone 4b, through which just the combustion products pass, is fitted with internal fins or studs 8 over at least part of its length.

Description

Perfectionnements apportés aux tubes radiants
De nombreux traitements thermiques sont effectués dans une enceinte dont l'atmosphère est portée à une température élevée.Improvements to radiant tubes
Many heat treatments are carried out in an enclosure whose atmosphere is brought to a high temperature.

Pour assurer l'apport calorifique à cette enceinte, on utilise notamment des tubes radiants, c'est-a-dire des tubes qui sont traversés par un mélange gazeux en combustion et qui transmettent les calories dégagées à l'enceinte par rayonnement. Ces tubes radiants comportent un brûleur à leur extrémité amont et, le plus souvent, un récupérateur à leur extrémité aval, ce récupérateurpermettant de réchauffer le comburant.To ensure the heat input to this enclosure, radiant tubes are used in particular, that is to say tubes which are crossed by a gaseous mixture in combustion and which transmit the calories released to the enclosure by radiation. These radiant tubes include a burner at their upstream end and, most often, a recuperator at their downstream end, this recuperator making it possible to heat the oxidant.

On observe en général une hétérogénéité dans la température du tube, entre la zone dans laquelle se développe la combustion et celle qui est simplement traversée par les produits de combustion. In general, there is a heterogeneity in the temperature of the tube, between the zone in which the combustion develops and that which is simply crossed by the combustion products.

En effet, dans la zone de combustion, le contrôle des vitesses du mélange comburant-combustible permet d'assurer une isothermie relative. Par contre, dans la seconde zone, le flux de chaleur transmis à l'enceinte l'est aux dépens des produits de combustion dont la température décroit progressivement jusqu'au récupérateur ou à la sortie des fumées.In fact, in the combustion zone, the control of the speeds of the oxidizer-fuel mixture makes it possible to ensure relative isothermia. On the other hand, in the second zone, the heat flow transmitted to the enclosure is at the expense of combustion products, the temperature of which decreases progressively up to the recuperator or at the outlet of the fumes.

La présente invention a pour objet un tube radiant perfectionné de manière à assurer une homogénéisation de la température de sa paroi et à augmenter le rendement thermique. The present invention relates to a radiant tube perfected so as to ensure homogenization of the temperature of its wall and to increase the thermal efficiency.

On rappelera brièvement les lois régissant le transfert de chaleur entre la flamme et la charge à chauffer a) Transmission flamme-tube # = K1 Si (( (tgaz + 273)4 - (ttube + 273)4) + K2 Si (tgaz -ttube) b) Transmission tube-charge
# = K3 Se (( + (tube +273)4 (tcharge + 273) 4)+ K4 Se (tube
tgaz de protection)
gaz de protection) où
# est le flux transmis
- K1 et K3 sont des coefficients globaux d'échange par rayon
nement entre gaz (flamme) et tube, et, entre tube et charge
respectivement.We will briefly recall the laws governing the heat transfer between the flame and the charge to be heated a) Flame-tube transmission # = K1 Si (((tgaz + 273) 4 - (ttube + 273) 4) + K2 Si (tgaz - ttube) b) Tube-load transmission
# = K3 Se ((+ (tube +273) 4 (tload + 273) 4) + K4 Se (tube
protective gas)
shielding gas) where
# is the transmitted stream
- K1 and K3 are global exchange coefficients by radius
between gas (flame) and tube, and between tube and charge
respectively.

- K2 et K4 sont les coefficients d'échange par convection à
l'intérieur et extérieur du tube respectivement.- K2 and K4 are the convection exchange coefficients at
inside and outside of the tube respectively.

- K4 est souvent négligeable sauf dans les fours à circulation
forcée. - K4 is often negligible except in circulation ovens
forced.

- Si et Se sont les surfaces interne et externe du tube radiant. - If and Se are the internal and external surfaces of the radiant tube.

Le tube radiant selon l'invention est caractérisé en ce que sa zone amont dans laquelle se développe la combustion comporte des ailettes ou picots extérieurs sur au moins une partie de sa longueur, alors que sa zone qui est simplement traversée par les produits de combustion est munie d'ailettes ou picots intérieurs sur au moins une partie de sa longueur. The radiant tube according to the invention is characterized in that its upstream zone in which combustion takes place comprises external fins or spikes over at least part of its length, while its zone which is simply crossed by the combustion products is fitted with internal fins or pins over at least part of its length.

Les ailettes ou picots aussi bien extérieurs qu'intérieurs peuvent être obtenus par tous moyens, par exemple autre rapportés, par insertion dans une gorge pratiquée à cet effet et soudure, ou bien être formés directement avec le tube, celui-ci étant obtenu par exemple par extrusion, par moulage ou par centrifugation. The fins or studs, both external and internal, can be obtained by any means, for example other attachments, by insertion into a groove made for this purpose and welding, or else be formed directly with the tube, the latter being obtained for example by extrusion, molding or centrifugation.

On peut par exemple insérer et souder des ailettes sur une tle prédécoupée et, plier ensuite cette tble et souder l'un à l'autre ses bords longitudinaux pour constituer un tube radiant. One can for example insert and weld fins on a pre-cut sheet and then fold this sheet and weld one to the other its longitudinal edges to form a radiant tube.

On peut également mouler deux demi-coquilles et les souder ensuite l'une à l'autre. You can also mold two half-shells and then weld them to each other.

On a décrit ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, trois modes de réalisation du tube radiant selon l'invention, avec réfe- rence au dessin annexé dans lequel les Figures 1 à 3 montrent ces tubes en élévation. Three embodiments of the radiant tube according to the invention have been described below, by way of non-limiting examples, with reference to the appended drawing in which FIGS. 1 to 3 show these tubes in elevation.

A la Figure 1, on voit une enceinte 1 dont les parois opposées 2 et 3 sont traversées par des tubes radiants 4. A l'une de ses extrémités, chacun des tubes comporte un brûleur 5 et est relié à des conduitsd'arrivée d'air de combustion et de combustible 6. L'autre extrémité qui traverse la paroi 3 est reliée à un collecteur de fumées non représenté. In Figure 1, we see an enclosure 1 whose opposite walls 2 and 3 are traversed by radiant tubes 4. At one of its ends, each of the tubes comprises a burner 5 and is connected to conduitsd'in Arrival of combustion and fuel air 6. The other end which passes through the wall 3 is connected to a smoke collector (not shown).

La partie amont 4a du tube 4 dans laquelle a lieu la combustion comporte des ailettes ou picots extérieurs 7. Ces ailettes ou picots qui augmentent la surface chauffante du tube, ont pour effet d'une part d'augmenter le flux de calories transmis et d'autre part de réduire la température du tube. The upstream part 4a of the tube 4 in which the combustion takes place comprises external fins or spikes 7. These fins or spikes which increase the heating surface of the tube, have the effect on the one hand of increasing the flow of calories transmitted and d on the other hand to reduce the temperature of the tube.

La partie aval 4b du tube qui est seulement parcourue par les gaz de combustion, est munie d'ailettes ou picots intérieurs 8. Ces ailettes ou picots augmentent la surface intérieure du tube et, par suite, le flux calorifique traversant ce tube. La température de la partie 4b du tube est dans une certaine mesure homogénéisée et rendue voisine de celle du tube dans la zone de combustion 4a. The downstream part 4b of the tube which is only traversed by the combustion gases, is provided with internal fins or pins 8. These fins or pins increase the internal surface of the tube and, consequently, the heat flux passing through this tube. The temperature of the part 4b of the tube is to a certain extent homogenized and made close to that of the tube in the combustion zone 4a.

Les ailettes ou picots 8 de la zone aval 4b créent des turbulences qui favorisent la post-combustion des imbrûlés éventuels. The fins or pins 8 of the downstream zone 4b create turbulence which promotes the post-combustion of any unburnt material.

Cela permet d'une part de supprimer tout risque d'imbrtlés et d'autre part d'allonger la flamme de sorte que la zone 4a est plus longue et le flux de chaleur mieux réparti que dans un tube radiant usuel, la zone 4b étant donc plus courte. En définitive, la tempe- rature de la paroi du tube 4 est pratiquement constante sur toute la longueur de ce tube.This allows on the one hand to remove any risk of entanglement and on the other hand to lengthen the flame so that the zone 4a is longer and the heat flow better distributed than in a usual radiant tube, the zone 4b being therefore shorter. Ultimately, the temperature of the wall of the tube 4 is practically constant over the entire length of this tube.

L'augmentation du flux transmis est obtenue par augmentation de la surface Si et du coefficient d'échange K2 dans le cas des ailettes intérieures, par augmentation de la surface Se dans le cas des ailettes extérieures; (seuls, les fours à convection forcée bénéficient d'une augmentation du coefficient K4). The increase in the transmitted flux is obtained by increasing the surface area Si and the exchange coefficient K2 in the case of the internal fins, by increasing the surface area Se in the case of the external fins; (only, forced convection ovens benefit from an increase in the K4 coefficient).

Gr ce à cette disposition, on obtient un tube qui, en fonctionnement, a une température de paroi homogène et évite le risque de formation d'imbrûlés dans la zone de fin de combustion. Le flux de chaleur transmis aux produits à traiter est accru et le rendement thermique est augmenté
L'homogénéisation de la température de la paroi du tube 4 augmente la durée de vie de ce tube L'augmentation du flux de chaleur transféré à l'enceinte 1 et à la charge qu'elle contient ainsi que l'allongement de la zone de combustion 4a et la suppression des imbrûlés assurent un meilleur épuisement-thermique des fumées, donc une réduction de la consommation d'énergie.On notera à ce sujet, que ce résultat n'est atteint qu'à cause du fait que le tube comporte à la fois des ailettes ou picots extérieurs 7 dans sa zone de combustion 4a et des ailettes ou picots intérieurs dans sa zone aval 4b. I1 sérait impossible de l'obtenir si on ne prévoyait que les ailettes ou picots 7 ou bien les ailettes ou picots 8. I1 resterait une certaine hétérogénéité de température.Thanks to this arrangement, a tube is obtained which, in operation, has a uniform wall temperature and avoids the risk of unburnt formation in the end of combustion zone. The heat flow transmitted to the products to be treated is increased and the thermal efficiency is increased
The homogenization of the temperature of the wall of tube 4 increases the life of this tube. combustion 4a and the removal of unburnt materials ensure better thermal exhaustion of the fumes, therefore a reduction in energy consumption. It should be noted in this regard, that this result is only achieved because the tube has at both external fins or pins 7 in its combustion zone 4a and internal fins or pins in its downstream zone 4b. It would be impossible to obtain it if one provided only for the fins or spikes 7 or else the fins or spikes 8. I1 would remain a certain heterogeneity of temperature.

Dans la zone de raccordement 4c entre les zones amont 4a et aval 4b le tube ne comporte ni ailettes ou picots extérieurs 7, ni ailettes ou picots intérieurs 8. In the connection area 4c between the upstream 4a and downstream 4b areas, the tube has neither fins or outer pins 7, nor fins or inner pins 8.

Par ailleurs, le tube, étant rectiligne, rayonne sur toute sa périphérie. Les ailettes ou picots 7 et 8 sont donc répartis sur toute la peripherie interne ou externe du tube, en fonction des géométries de flamme adoptées. Furthermore, the tube, being rectilinear, radiates over its entire periphery. The fins or pins 7 and 8 are therefore distributed over the entire internal or external periphery of the tube, as a function of the flame geometries adopted.

Dans le mode de réalisation de la Figure 2, le tube 9 est replié en épingle à cheveux et ses deux extrémités traversent la paroi 2. Son extrémité amont est reliée à un brûleur 10 alors que son extrémité aval est reliée à un -récupérateur 11. In the embodiment of FIG. 2, the tube 9 is folded back in a hairpin and its two ends pass through the wall 2. Its upstream end is connected to a burner 10 while its downstream end is connected to a recuperator 11.

La branche amont 9a du tube 9 comporte des ailettes ou picots extérieurs 7. Ceux-ci sont prévus sur une partie seulement de la surface de cette branche, sauf sur la face de celle-ci qui est extérieure et tournée vers le produit à réchauffer qui circule dans le sens de la flèche f. Sur cette face, les ailettes ou picots 7 existent sur sensiblement toute la longueur de celle-ci. The upstream branch 9a of the tube 9 comprises external fins or spikes 7. These are provided on only part of the surface of this branch, except on the face of the latter which is external and turned towards the product to be heated which flows in the direction of the arrow f. On this face, the fins or pins 7 exist over substantially the entire length thereof.

La branche aval 9b du tube 9 comporte des ailettes ou picots intérieurs 8 dans sa partie voisine de la paroi 2. The downstream branch 9b of the tube 9 has internal fins or pins 8 in its part close to the wall 2.

Dans le mode de réalisation de la Figure 3, le tube 12 est replié en double épingle à cheveux. Ses branches amont 12a et 12b sont munies d'ailettes extérieures 7 sauf, le cas échéant, sur leurs faces tournées vers d'autres branches du tube. Sa branche aval 2b est munie d'ailettes intérieures 8 et sa branche intermédiaire 12c peut ne comporter ni ailettes extérieures, ni ailettes intérieures. In the embodiment of Figure 3, the tube 12 is folded into a double hairpin. Its upstream branches 12a and 12b are provided with external fins 7 except, where appropriate, on their faces facing other branches of the tube. Its downstream branch 2b is provided with internal fins 8 and its intermediate branch 12c may have neither external fins nor internal fins.

I1 va de soi que la présente invention ne doit pas être considérée comme limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais en couvre, au contraire, toutes les variantes. It goes without saying that the present invention should not be considered as limited to the embodiments described and shown, but on the contrary covers all variants thereof.

Claims

1. Radiant tube characterized in that its upstream zone 4a, 9a or 12a-12b in which combustion takes place comprises external fins or pins 7 over at least part of its length while its zone 4b, 9b or 12d which is simply traversed by the combustion products is provided with internal fins or pins 8 over at least part of its length.

2. Tube according to claim 1, characterized in that it is rectilinear.

3. Tube according to claim 1, characterized in that it is folded into a hairpin.

4. Tube according to claim-1, characterized in that it is folded in double hairpin.