FR2855593A1 - Element d'installation de combustion dont les raidisseurs sont des echangeurs de chaleur. - Google Patents

Element d'installation de combustion dont les raidisseurs sont des echangeurs de chaleur. Download PDF

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Abstract

L'élément d'installation de combustion selon l'invention comprend des faces latérales 2c, 2d, 2e et 2f, supérieures 2a et inférieures 2b et des raidisseurs extérieurs 3 desdites faces, et il est caractérisé en ce que les raidisseurs 3 sont constitués de conduit échangeurs de chaleur. Les raidisseurs 3 permettent de diminuer la température des parois correspondantes, ce qui autorise la diminution de l'épaisseur du matériau réfractaire 8 utilisé et donc une diminution du poids et du prix de l'installation.

Description

La présente invention concerne les installations de combustion et
plus particulièrement certains éléments constituant lesdites installations, comme des lits extérieurs ou des refroidisseurs de cendres de fond de foyer de lit fluidisé circulant. Ces installations 5 nécessitent des systèmes de refroidissement des solides fluidisés grâce à des échangeurs immergés dans la couche de solide fluidisé.
Les installations de combustion dégagent de grande quantité de chaleur, il est donc nécessaire de protéger les parois des éléments les constituant afin d'éviter de trop grandes températures desdites parois 10 qui pourraient les endommager à la longue et être compatible avec les normes de sécurité du personnel accédant à ces appareils.
Ces éléments d'installations sont réalisés avec des tôles d'acier qui assurent l'étanchéité en pression de ces enceintes, typiquement 600 millibars. On utilise des matériaux réfractaires multicouches comme 15 du béton réfractaire pour couvrir l'intérieur de ces éléments et les protéger du milieu fluidisé dont la température atteint fréquemment 850 C afin que la température de la tôle ne dépasse pas 60 à 80 C la couche doit être d'une épaisseur de 300 à 400mm. Cependant cette solution est coûteuse et alourdit considérablement ces éléments. Elle 20 augmente également l'inertie thermique dudit élément. Les réfractaires nécessitent également beaucoup de maintenance.
Il est également possible de fabriquer les parois tubées constituées de tubes refroidis reliés entre eux par des ailettes soudées, et dans lesquels on fait circuler un fluide caloporteur, I'épaisseur du 25 réfractaire peut alors être limitée à 50 à 100mm. Le plus souvent ce fluide est un mélange eau/vapeur et la forme parallélépipédique de ces enceintes oblige le mélange à circuler dans certaines portions quasiment horizontales. Il est alors malheureusement nécessaire d'installer des systèmes de pompage à coût élevé.
Par ailleurs, la taille de ces éléments oblige à utiliser des raidisseurs extérieurs ou intérieurs afin d'éviter la déformation et le flambage des parois qui peut éventuellement être aggravé par le poids des matériaux réfractaires utilisés.
L'objet de la présente invention est de proposer une solution à la fois plus économique et plus légère.
L'élément d'installation de combustion selon l'invention comprend des faces latérales, supérieures et inférieures et des raidisseurs extérieurs desdites faces, et il est caractérisé en ce que les raidisseurs sont constitués de conduit échangeurs de chaleur. Les raidisseurs permettent de diminuer la température des parois correspondantes, ce 10 qui autorise la diminution de l'épaisseur du matériau réfractaire utilisé et donc une diminution du poids et du prix de l'installation. Les épaisseurs minces de réfractaires tolèrent mieux les variations rapides de température, d'o une maintenance allégée et une disponibilité plus grande des installations qui n'ont plus besoin d'autant d'arrêt pour leur 15 maintenance. Le poids de l'installation étant plus faible on peut réduire les dimensions des raidisseurs et la charpente de soutien de l'ensemble ainsi que le génie civil correspondant.
Selon une autre caractéristique, le raidisseur a une section creuse polygonale et de préférence rectangulaire. Le profil 20 rectangulaire autorise une plus grande surface d'échange avec la paroi qu'il supporte qu'un profil circulaire et permet une meilleure rigidification qu'un profil carré. La longueur du rectangle est perpendiculaire à la paroi afin d'assurer une meilleure tenue mécanique. Le profil des raidisseurs est lié à l'épaisseur des 25 réfractaires utilisés, à la température des cendres circulant dans l'élément, et au matériau choisi pour la paroi et le raidisseur; ils dépendent aussi des contraintes mécaniques dues à la pression et au poids propre de l'élément. L'épaisseur du raidisseur doit être compatible avec les moyens de pliage de la tôle.
Selon une caractéristique particulière, I'élément est un lit fluidisé extérieur. La forme particulièrement complexe des parois de ce lit se prête particulièrement bien à cette solution, puisque les raidisseurs de forme rectangulaire peuvent plus facilement être reliés entre eux et permettre ainsi une meilleure circulation du fluide le long des parois à refroidir.
Selon une autre caractéristique, I'air de fluidisation du lit fluidisé 5 est utilisé comme fluide caloporteur dans les raidisseurs. L'utilisation de l'air de fluidisation du lit comme fluide dans les raidisseurs échangeurs de chaleur, permet de bénéficier du ventilateur de fluidisation pour faire circuler l'air dans lesdits conduits.
Selon une autre caractéristique, les raidisseurs sont espacés 10 d'une distance supérieure au diamètre des tubes d'entrée-sortie du circuit de refroidissement eau/vapeur de l'échangeur de chaleur du lit.
Le pas des tubes de l'échangeur de chaleur du lit est ainsi compatible avec le pas des échangeurs immergés ce qui permet leur extraction pour la maintenance et le remplacement desdits tubes échangeurs.
Selon une caractéristique particulière, le pas des raidisseurs est compris entre 150mm et 300mm. Le pas sera choisi pour tenir compte des contraintes liées au passage et au soudage des branches d'entrée sortie des échangeurs.
Selon une caractéristique particulière, le matériau utilisé pour le 20 raidisseur est de l'acier au carbone. Ce matériau est moins cher, il pourra aussi être utilisé pour les parois de l'élément d'installation de combustion.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple sur un lit extérieur à un 25 seul bac et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un lit extérieur selon l'invention la figure 2 est une vue en détail de la paroi, - la figure 3 est une vue en perspective du schéma de circulation 30 du fluide caloporteur dans les parois, - la figure 4 est une vue partielle en perspective d'un ensemble de conduits échangeurs avec leur entrée, - la figure 5 est une vue en perspective du schéma de circulation du fluide du cote sortie du lit.
Le lit fluidisé extérieur 1 comprend quatre parois latérales 2, une paroi supérieure 2a et une paroi inférieure 2b (cf. figure 1). Le lit 1 comprend en partie inférieure des conduits 4, 50 et 9, ces conduits constituent des poutres qui maintiennent le lit, il est donc autoporteur.
Cet ensemble de poutre est porté par quatre poteaux 40.
Chaque paroi comprend des raidisseurs 3, un conduit inférieur 4 ou 50, et chaque paroi entrée ou sortie des cendres comprend des raidisseurs 3 et un conduit supérieur 5. Les deux conduits inférieurs 4 et les deux conduits supérieurs 5 sont placés sur des deux parois perpendiculaires les unes aux autres. Chaque conduit 4 ou 5 ou 50 est 15 relié à plusieurs raidisseurs 3.
Les raidisseurs 3c, 3a et 3e de chaque paroi 2c, 2a et 2e sont disposés dans la continuité les uns des autres afin de constituer un conduit continu et ils sont reliés aux conduits 4 d'un coté et se prolongent dessous le lit par des conduits 3b. Ces conduits 3b sont de 20 forme sensiblement triangulaire pour former une trémie et afin de permettre l'évacuation sable et des cendres qui pourrait tomber dans le circuit à l'arrêt.
Les raidisseurs 3d et 3f (figure 2) de chaque paroi 2d et 2f sont reliés aux conduits 5 d'un coté et au conduit 50 de l'autre afin de 25 constituer une partie d'un circuit de circulation.
Comme visible sur la figure 1, le lit 1 présente une entrée des cendres 6 sur la paroi 2f et une sortie des cendres 7 sur la paroi 2d.
L'entrée 6 et la sortie 7 sont également raidies.
L'intérieur est tapissé de matériaux réfractaires 8 (cf. figure 2) tel 30 que du béton isolant 8a et une couche de béton réfractaire 8b d'une épaisseur totale d'environ 120mm. Le béton est fixé sur les parois par des ancrages 8c.
Entre chaque raidisseur 3, comme on le voit à la figure 4, des tubes échangeurs de chaleur 10 entrent et sortent (fig 1) du lit 1. Les 5 tubes 10a constituent l'entrée du circuit de refroidissement eau/vapeur des cendres dans le lit 1 et les tubes 10Ob la sortie.
Le pas des raidisseurs 3 est tel que les tubes 10 puissent entrer dans le lit suivant un pas déterminé.
Nous allons maintenant décrire la circulation de l'air dans les 10 raidisseurs 3.
L'air arrive par les conduits 4 et 5, un quart dans le conduit 4a, un quart dans le conduit 4b, un quart dans le conduit 5a et un quart dans le conduit 5b de la figure 1.
L'air qui arrive dans les conduits 4 alimente les raidisseurs 3c, 3a 15 et 3e de façon alternée, c'est à dire que chaque conduit 4 alimente une fois sur deux le raidisseur 3 de la paroi 2 considérée. Ainsi, le conduit 4a alimente les raidisseurs 3c, 3a et 3e qui communique avec la partie correspondante du conduit 3b, I'air est alors rejeté du coté de ladite partie à l'intérieur du lit 1 afin de fluidiser, de façon classique, les 20 particules qui y circulent. Le conduit 4b alimente les raidisseurs 3e, 3a et 3c qui communique alors avec l'autre partie correspondante du conduit 3b, et l'air est rejeté du coté de ladite partie à l'intérieur du lit 1.
L'air qui arrive par les conduits 5 alimente les raidisseurs latéraux 25 3d et 3f (cf. figure 1), I'air est conduit vers les conduits 50 qui sont reliés au conduit 9 situé au centre sous le plancher du lit 1. Ce conduit 9 est alternativement relié à la partie droite ou gauche du conduit 3b.
De la même façon que précédemment l'air est ensuite envoyé du coté correspondant du conduit 3b à l'intérieur du lit 1.
L'ensemble de cette circulation est symbolisé sur la figure 3.
L'arrangement de l'écoulement dans les raidisseurs 3 sur les différentes faces vise à couvrir la totalité de la surface tôlée. Ainsi la circulation représentée à la figure 4 représente le parcours de l'air sur la surface de la sortie 7. Ce parcours est obtenu en utilisant les 5 raidisseurs 3 et certaines arêtes comme canal de passage. De la même façon la circulation de l'air dans les raidisseurs 3 couvre l'entrée 6.

Claims (8)

REVENDICATIONS
1. Elément d'installation de combustion comprenant des faces latérales (2c, 2d, 2e, 2f), supérieures (2a) et inférieures (2b) et des raidisseurs extérieurs (3) desdites faces, caractérisé en ce que les raidisseurs (3) sont constitués de conduits échangeurs de chaleur.
2. Elément d'installation de combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le raidisseur (3) a une section creuse polygonale de préférence rectangulaire.
3. Elément d'installation de combustion selon la revendication 1, 10 caractérisé en ce que l'élément est un lit fluidisé extérieur (1).
4. Lit (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'air de fluidisation est utilisé comme fluide caloporteur dans les raidisseurs (3) .
5. Lit (1) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les 15 raidisseurs (3) sont espacés d'une distance supérieure au diamètre des tubes (10) de l'échangeur de chaleur du lit (1).
6. Lit (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le pas des raidisseurs (3) est compris entre 150mm et 300mm.
7. Elément d'installation de combustion selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce que l'élément est un refroidisseur de cendre de fond de foyer à lit circulant fluidisé.
8. Elément d'installation de combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau utilisé pour le raidisseur est de l'acier au carbone.
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