FR3009083A1

FR3009083A1 - Sonde de controle de l'encrassement et de la corrosion pour un echangeur a chaleur tubulaire et procede utilisant une telle sonde

Info

Publication number: FR3009083A1
Application number: FR1357274A
Authority: FR
Inventors: Jean-Michel Brossard; Florent Thevot; Jerome Chartier
Original assignee: Veolia Environnement Recherche et Innovation SNC
Current assignee: Veolia Recherche et Innovation SNC
Priority date: 2013-07-23
Filing date: 2013-07-23
Publication date: 2015-01-30
Anticipated expiration: 2033-07-23
Also published as: WO2015011415A1; FR3009083B1

Abstract

L'invention concerne une sonde de contrôle de l'encrassement et de la corrosion, qui comporte un corps de sonde (100) allongé comportant au moins un premier espace de refroidissement (110) pour un premier fluide circulant, et une tête de sonde (200). De façon caractéristique, ledit corps de sonde (100) et la dite tête de sonde (200) sont parcourus par un deuxième espace de refroidissement (120) pour un deuxième fluide différent du premier fluide et circulant successivement depuis au moins deux entrées de deuxième fluide (120a1, 120a2) vers une zone de mélange (130) d'un espace terminal (222) de la tête de sonde (200), puis dans un unique canal d'évacuation de deuxième fluide (120c, 224), le deuxième fluide et le premier fluide circulent de façon coaxiale l'un par rapport à l'autre avec le premier espace de refroidissement (110) disposé à l'extérieur du deuxième espace de refroidissement (120), ce par quoi on peut contrôler la température du deuxième fluide dans le deuxième espace de refroidissement (120) jusqu'à un tronçon prédéfini de la tête de sonde (200) comprenant la zone de mélange (130) et formant une zone échantillon (ZE). Application aux tubes échangeurs des chaudières de production d'énergie à partir de procédés de combustion ou de pyrolyse.

Description

L'invention concerne le domaine des chaudières et des centrales thermiques, telles que des centrales thermiques à charbon ou fuel, des chaudières utilisant la biomasse, des unités de valorisation énergétique de déchets (UVED), pour des déchets municipaux ou des déchets industriels, ou encore des unités de traitement thermique des boues résultant du traitement de l'eau. Dans ce type d'installation de production d'énergie à partir de procédés de combustion ou de pyrolyse, des échangeurs thermiques, encore appelés « tubes chaudières » sont exposés aux fumées de combustion, lesquelles engendrent un encrassement, sont corrosives et présentent une température élevée (de l'ordre de 300°C à 1200°C). En conséquence, il est nécessaire de réaliser un suivi des phénomènes d'encrassement et de corrosion des échangeurs thermiques, et ce afin d'adapter la stratégie de maintenance (remplacement des tubes chaudière), de définir et déclencher les actions « ramonage » ou « additifs chimiques», d'évaluer l'efficacité des moyens de prévention utilisés (sélection des additifs), ou encore définir les actions de régulation. On comprend que le suivi des phénomènes d'encrassement (cinétique d'encrassement, taux d'encrassement à l'instant t) est un enjeu majeur pour la mise en place d'une stratégie de prévention adaptée (ramonage, injection de réactif....) ainsi que pour l'optimisation de leur régulation en fonction des stratégies de nettoyage. La présente invention ne porte pas sur le dispositif de mesure de l'encrassement proprement dit ni sur le traitement de l'information obtenue par un tel dispositif de mesure. La présente invention porte sur une sonde intrusive permettant de reproduire fidèlement les conditions thermiques et aéraulique rencontrées au niveau des tubes échangeurs subissant des phénomènes d'encrassement et de corrosion (gradient de température des fumées et/ou de la vapeur, que ce soit dans le cas d'une température du tube échangeur fixée ou dans le cas d'un flux de chaleur échangé fixé) dans une installation de production d'énergie à partir de procédés de combustion ou de pyrolyse, et en particulier dans des unités de valorisation énergétique de déchets (UVED).

Habituellement, et notamment dans US2006/0290935, on utilise une sonde dont la paroi est refroidie uniquement par de l'air. Un thermocouple de régulation est placé à l'extrémité de la sonde pour obtenir, sur une zone très localisée, la température souhaitée. Dans ce cas, on comprend qu'une dégradation de la sonde intervient en amont de son extrémité car la température n'est pas suffisamment contrôlée. Ceci modifie de manière non contrôlée le comportement thermique de la sonde et la rend par ailleurs «consommable». Les systèmes existants reposent sur des sondes dont le principe de fonctionnement ne garantit pas le contrôle des conditions thermiques au niveau de la sonde. Ces sondes sont majoritairement refroidies grâce à une seule injection d'air pour des longueurs de sonde à refroidir très variable (jusqu'à plusieurs mètres) ce qui ne permet pas, au regard des propriétés thermique de l'air, de garantir une température de peau (température sur la face externe de paroi) homogène sur toute la longueur refroidie (voir W02006124772) mais plutôt une température de peau locale avec un gradient de température de la paroi de la sonde sur toute la longueur de la sonde. Il est également connu, notamment de DE 10 2209 053 719, une sonde de mesure de la corrosion à haute température, refroidie uniquement par de l'eau, utilisant un dispositif électrochimique à trois électrodes de mesure de la corrosion. Dans ce cas, on comprend que l'utilisation de l'eau conduit à disposer de surfaces de paroi soit relativement froides (avec un fort débit d'eau de refroidissement) comparativement aux températures de surface du tube échangeur ou bien à des risques opérateurs liés à la montée en pression lors de la vaporisation (avec un faible débit d'eau de refroidissement) pour atteindre des températures de surface plus élevées. D'après WO 2010 26001, on connaît une sonde de mesure de la corrosion refroidie par de l'eau au niveau du corps, puis par de l'air au niveau de la tête de sonde. Cependant, cette configuration ne permet pas d'avoir une température uniforme sur la longueur souhaitée de la tête de sonde. Ainsi, les systèmes proposés jusqu'alors reposent sur des sondes dont le principe de fonctionnement ne garantit pas le contrôle des conditions thermiques au niveau de la sonde et n'est donc pas représentatif des conditions thermiques d'un échangeur. Ils peuvent effectivement être seulement utilisés comme indicateur de la présence des phénomènes d'encrassement sans garantir la représentativité de la nature de cet encrassement par rapport à un tube chaudière réel, ni même garantir la fiabilité de la détection (initiation de l'encrassement) ou encore la cinétique de croissance de l'encrassement.

Or les cinétiques d'encrassement et de corrosion sont très sensibles à l'effet de la température et des différences non négligeables peuvent être constatées pour de faibles variations de température. Les phénomènes d'encrassement rencontrés au niveau des tubes échangeurs de chaleurs d'unité de valorisation énergétique sont gouvernés par des 10 phénomènes physiques (conductivité des matériaux, taux de cendres, taille et densités des particules), chimiques (composition chimiques des gaz et des particules) et aérauliques (Tfumées, vfumées, Tvapeur). Les mécanismes qui régissent la formation des dépôts sont : la condensation des gaz à la surface du tube 15 échangeur, - le transfert inertiel des particules, - le transfert par diffusion particulaire, Le phénomène d'adhésion est ensuite contrôlé par des forces de Van der Walls et/ou par une adhésion liquide -semi-liquide. 20 L'ensemble de ces phénomènes est très dépendant des conditions locales de température fumées (300°C <Tfumées < 1200°C) mais aussi et surtout des conditions locales de températures de parois de l'échangeur (250°C < Ttube <640°C). Ainsi, les systèmes proposés jusqu'alors ne permettent pas de 25 contrôler de manière homogène la température tout le long, ou tout au moins sur une longueur donnée, de la tête de sonde. La présente invention a pour objectif de fournir une sonde de contrôle permettant de surmonter les inconvénients de l'art antérieur et en particulier offrant la possibilité de contrôler la température et/ou le flux de 30 chaleur échangé sur une zone échantillon de la tête de sonde. A cet effet, selon la présente invention, on propose une sonde de contrôle de l'encrassement et de la corrosion pour un échangeur à chaleur tubulaire, notamment pour les tubes échangeurs des chaudières de production d'énergie à partir de procédés de combustion ou de 35 pyrolyse, comportant: - un corps de sonde allongé comportant au moins un premier espace de refroidissement pour un premier fluide circulant successivement depuis au moins une entrée de premier fluide le long d'au moins un canal d'injection de premier fluide, puis le long d'un canal d'évacuation de premier fluide en direction d'une sortie de premier fluide, et - une tête de sonde reliée par des moyens de raccordement au corps de sonde, dans son prolongement. Selon l'invention, on prévoit que ledit corps de sonde et la dite tête de sonde sont parcourus par un deuxième espace de refroidissement pour un deuxième fluide différent du premier fluide et circulant successivement depuis au moins deux entrées de deuxième fluide le long d'au moins deux canaux d'injection de deuxième fluide qui se rejoignent, à l'extrémité libre de la tête de sonde, dans une zone de mélange d'un espace terminal de la tête de sonde, ledit deuxième fluide circulant depuis ladite zone de mélange dans un unique canal d'évacuation de deuxième fluide, en direction d'une unique sortie de deuxième fluide, et en ce que le deuxième fluide et le premier fluide circulent de façon coaxiale l'un par rapport à l'autre avec le premier espace de refroidissement disposé à l'extérieur du deuxième espace de 20 refroidissement, ce par quoi on peut contrôler la température du deuxième fluide dans le deuxième espace de refroidissement jusqu'à un tronçon prédéfini de la tête de sonde comprenant la zone de mélange et formant une zone échantillon. 25 De cette manière, on comprend que par la coexistence d'un refroidissement extérieur par un premier fluide au niveau du corps de sonde et d'un refroidissement intérieur par un deuxième fluide à la fois au niveau du corps de sonde et de la tête de sonde, il est possible de réaliser un premier niveau de refroidissement et de maintenir l'ensemble de la 30 sonde en dessous d'une première valeur seuil de température par le refroidissement extérieur, et de réaliser un second niveau, plus précis, de refroidissement de la tête de sonde, par le refroidissement intérieur. Par ailleurs, grâce à l'invention, ce second niveau de refroidissement de la tête de sonde est maintenu à la température 35 souhaitée jusqu'à la zone échantillon de la tête de sonde, comprenant la zone de mélange entre les deux flux de deuxième fluide.

Globalement, grâce à la solution selon la présente invention, il est possible de réaliser un suivi local et continu des phénomènes d'encrassement et de corrosion des tubes de chaudière dans une installation de production d'énergie industrielle.

Par ailleurs l'usage simultané d'un premier fluide et d'un deuxième fluide, différent du premier fluide, permet de prendre en compte des propriétés de fluide caloporteur différentes, notamment concernant leur capacité thermique massique Cp. Avantageusement, ledit premier fluide est un liquide à 10 température ambiante, et est de préférence de l'eau, et ledit deuxième fluide est un gaz à température ambiante, et est de préférence de l'air. De cette façon, on dispose d'un premier fluide à plus fort pouvoir caloporteur qui permet de protéger efficacement le corps de sonde des phénomènes de corrosion à haute température rencontrés dans 15 l'enceinte de l'installation de production d'énergie dans lequel la sonde est placée. On dispose également d'un deuxième fluide à plus faible pouvoir caloporteur qui va permettre d'adapter finement et au plus juste le refroidissement de la tête de sonde afin de reproduire le plus fidèlement possible les conditions thermiques et aérauliques rencontrées au niveau 20 des tubes échangeurs. A la différence de ce qui a été proposé jusqu'alors, la sonde de la présente invention permet de contrôler rigoureusement la température du tube de la tête de sonde sur une longueur définie ou bien le flux de chaleur échangé à travers le tube de la tête de sonde sur une longueur 25 définie et permet par conséquent de reproduire précisément et localement (dans une zone échantillon de la tête de sonde) les phénomènes d'encrassement et de corrosion existants à l'échelle d'un échangeur industriel. Selon une autre disposition préférentielle, on peut en outre 30 contrôler la température de la paroi externe dudit tronçon prédéfini grâce à une régulation du débit du deuxième fluide entre un premier flux circulant dans le premier canal d'injection de deuxième fluide et un deuxième flux circulant dans le premier canal d'injection de deuxième fluide. 35 Un tel agencement, avec deux ou plus de deux canaux coaxiaux, injectant le deuxième fluide de refroidissement dans le deuxième espace de refroidissement de la tête de sonde, permet encore d'améliorer et d'optimiser la répartition de débit du deuxième fluide au niveau de la tête de sonde, et ce pour garantir le transfert thermique et donc le refroidissement sur toute la longueur de la tête de sonde , avec un contrôle précis de la température sur toute la longueur de la zone échantillon. La présente invention porte aussi sur une chaudière de production d'énergie par combustion ou pyrolyse, qui comporte au moins un échangeur de chaleur et une sonde telle que décrite précédemment, disposée à un emplacement de la chaudière soumis à un flux de fumées qui génèrent de l'encrassement et sont corrosives à haute température, c'est-à-dire un emplacement de la chaudière apte à recevoir un échangeur de chaleur. Une telle chaudière de production d'énergie par combustion ou pyrolyse forme en particulier un incinérateur de déchets, mais peut aussi fonctionner, et de manière non restrictive, au charbon ou à la biomasse. La présente invention porte également sur un procédé de contrôle de l'encrassement et de la corrosion pour un échangeur à chaleur par une sonde telle que décrite précédemment D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donnée à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'une chaudière avec présence d'une sonde selon la présente invention, - la figure 2 est une vue en section longitudinale d'une partie amont du corps de sonde de la sonde selon l'invention, - la figure 3 est une vue en perspective éclatée de la partie amont du corps de sonde de la figure 2, - la figure 4 est une vue en section longitudinale d'une partie aval du corps de la sonde selon l'invention, - la figure 5 est une vue en perspective de la partie aval du corps de sonde de la figure 4, - la figure 6 est une vue en section longitudinale de l'extrémité 35 aval du corps de sonde et de la portion interne de la tête de sonde, montées ensemble, - la figure 7 représente, en perspective, la tête de sonde et les moyens de raccordement permettant la liaison entre la tête de sonde et le corps de la sonde, - la figure 8 est une vue en section longitudinale du tube terminal de la tête de sonde (direction VIII-VIII de la figure 9), - la figure 9 est une vue en projection depuis la face amont de du tube terminal de la figure 8, selon la direction IX de la figure 8, - la figure 10 est une vue en section longitudinale représentant une configuration possible pour le troisième espace refroidissement de la 10 tête de sonde, - la figure 11 est une vue en section longitudinale représentant une sonde complète, - la figure 12 représente schématiquement un système de régulation du refroidissement de la tête dé sonde. 15 Comme on le voit schématiquement sur la figure 1, la sonde 20 objet de la présente invention est destinée à être placée à l'intérieur d'une chaudière 30, par exemple une chaudière industrielle, dans un emplacement de la chaudière apte à recevoir un échangeur de chaleur 40 et qui est soumis à un flux de fumées 50 qui génère de l'encrassement et 20 sont corrosives à haute température, avec la tête de sonde 200 tournée vers une partie de la chaudière plus chaude que le corps de sonde 100. A cet effet, la sonde 20 forme une sorte de canne tubulaire introduite dans l'enceinte de la chaudière 30, par une ouverture dans la paroi, par exemple par un piquage sur une porte d'accès (trou d'homme) 25 pour la maintenance de la chaudière 30. A titre d'ordre de grandeur, le corps de sonde 100 s'étend sur plusieurs mètres (entre 2 m et 5 m) et la tête de sonde 200 s'étend sur une dizaine à plusieurs dizaines de centimètres (entre 10 cm et 30 cm). Dans la suite de la description, on utilise le terme « amont » 30 pour désigner un élément plus éloigné de la zone de la chaudière soumise aux fumées à haute température par rapport à un élément pour lequel on utilise le terme « aval » pour exprimer une localisation plus proche de la zone de la chaudière soumise aux fumées à haute température. Sur les figures 2 à 8, 10 et 11, les éléments amont sont vers le 35 haut et les éléments aval sont vers le bas.

Sur les figures 2 et 3, est visible la partie amont 100A du corps de sonde 100, formant le tronçon du corps de sonde 100 situé à l'extérieur de l'enceinte de la chaudière 30, comme on le voit sur la figure 1. Cette partie amont 100A du corps de sonde 100 comporte une série de quatre pièces tubulaires montées en série le long de la direction rectiligne de la sonde, au moyens de brides annulaires fixées deux à deux, et qui délimitent chacune un ou plusieurs tronçons de canaux, grâce à une paroi cylindrique ou à plusieurs parois cylindriques coaxiales entre elles. Plus précisément, une première pièce tubulaire 100A1, située le plus en amont du corps de sonde 100, délimite un passage entre ses deux extrémités. Ce passage forme une première entrée de deuxième fluide 120a1 et un premier tronçon d'un premier canal d'injection de deuxième fluide 120b1. Une deuxième pièce tubulaire 100A2, située de façon adjacente et dans le prolongement de la première pièce tubulaire 100A1, délimite un deuxième tronçon du premier canal d'injection de deuxième fluide 120b1 et, autour de ce dernier, un premier tronçon de deuxième canal d'injection de deuxième fluide 120b2, alimenté par une deuxième entrée de deuxième fluide 120a2.

Une troisième pièce tubulaire 100A3, située de façon adjacente et dans le prolongement de la deuxième pièce tubulaire 100A2, délimite depuis son centre vers l'extérieur, un troisième tronçon du premier canal d'injection de deuxième fluide 120b1, et autour de ce dernier, un deuxième tronçon de deuxième canal d'injection de deuxième fluide 120b2, et autour de ce dernier, un premier tronçon d'un passage annulaire 102 pour des câbles provenant d'une entrée périphérique 102a. Autour de ce passage annulaire 102 pour des câbles 140, et dans une portion d'extrémité aval de la troisième pièce tubulaire 100A3, cette dernière délimite un premier tronçon d'un canal d'évacuation de deuxième fluide 120c débouchant dans une sortie de deuxième fluide 120d. Une quatrième pièce tubulaire 100A4 située de façon adjacente et dans le prolongement de la troisième pièce tubulaire 100A3, délimite depuis son centre vers l'extérieur, un quatrième tronçon du premier canal d'injection de deuxième fluide 120b1, et autour de ce dernier, un troisième tronçon de deuxième canal d'injection de deuxième fluide 120b2, et autour de ce dernier, un deuxième tronçon du passage annulaire 102 pour des câbles 140. Autour de ce passage annulaire 102 pour des câbles 140, et pratiquement tout le long de la quatrième pièce tubulaire 100A4, cette 5 dernière délimite un premier tronçon d'un canal d'évacuation d'un premier fluide 110c débouchant dans une sortie de premier fluide 110d périphérique (flèche S sur la figure 3, correspondant de préférence à une évacuation d'eau). Autour de ce premier tronçon de canal d'évacuation d'un premier fluide 110c, et sur un tronçon aval de la quatrième pièce 10 tubulaire 100A4, la quatrième pièce 100A4 présente un diamètre plus important car sa paroi externe délimite un premier tronçon d'un canal d'injection de premier fluide 110b communiquant dans une entrée de premier fluide 110a périphérique (flèche E sur la figure 3, correspondant de préférence à une injection d'eau). 15 Sur les figures 4 et 5 est représentée la partie aval 100B du corps de sonde 100, formant le tronçon du corps de sonde 100 situé à l'intérieur de l'enceinte de la chaudière 30 comme on le voit sur la figure 1. On comprend (voir figure 11) que cette partie aval 100B du corps de sonde 100 se situe dans le prolongement rectiligne de la partie amont 20 100A précédemment décrite, avec continuité des canaux d'injection et d'évacuation précédemment décrits en relation avec la partie amont 100A. Cette partie aval 100B du corps de sonde 100 est essentiellement tubulaire et comporte un premier tronçon 100B1, prolongeant la partie amont 100A, comportant cinq parois concentriques, 25 délimitant, depuis le centre vers l'extérieur du corps de sonde 100, respectivement le tronçon terminal du premier canal d'injection de deuxième fluide 120b1, un quatrième tronçon du deuxième canal d'injection de deuxième fluide 120b2, un deuxième tronçon du canal d'évacuation de premier fluide 110c et le tronçon terminal du canal 30 d'injection de premier fluide 110b. On comprend que l'invention pourrait s'appliquer à d'autres configurations, présentant plus de cinq parois concentriques, ce qui permet dans ce cas de définir par exemple davantage de canaux, et notamment plus de deux canaux d'injection de deuxième fluide.

De ce qui précède, on comprend que ledit canal d'injection du premier fluide 110b est situé autour dudit canal d'évacuation du premier fluide 110c. Par ailleurs, on comprend également que ledit canal d'évacuation du deuxième fluide 120c est situé autour dudit canal d'injection du deuxième fluide 120b, formé, dans le mode de réalisation représenté sur les figures, par le premier canal d'injection du deuxième fluide 120b1 et le deuxième canal d'injection du deuxième fluide 120b2. Par ailleurs, le premier tronçon 100B1 de la partie aval 100B du 10 corps de sonde 100 délimite une chambre terminale de premier fluide 110e reliant entre eux le canal d'injection de premier fluide 110b et le canal d'évacuation de premier fluide 110c. On voit également sur la figure 2 et la figure 11 que le premier canal d'injection du deuxième fluide 120b1, le deuxième canal d'injection 15 du deuxième fluide 120b2, et le canal d'évacuation de deuxième fluide 120c s'étendent en direction aval au-delà de la chambre terminale de premier fluide 110e (en bas sur la figure 4 et à mi-hauteur sur la figure 11), au niveau de la zone de jonction entre le premier tronçon 100B1 et le deuxième tronçon 100B2 de la partie aval 100B du corps de sonde 100. 20 Pour le raccordement entre le deuxième tronçon 100B2 de la partie aval 100B du corps de sonde 100 et la tête de sonde 200, l'extrémité aval du deuxième tronçon 100B2 de la partie aval 100B du corps de sonde 100 est formée (voir le bas de la figure 4) : - d'un support conique 100C entourant le premier canal 25 d'injection du deuxième fluide 120b1 et apte à recevoir l'extrémité amont d'une buse d'injection 200A de la tête de sonde 200, et - d'un manchon taraudé 100D dont le filetage interne est apte à coopérer avec un filetage externe de l'extrémité amont de la buse d'injection 200A de la tête de sonde 200 (voir la figure 6). 30 Ainsi, le corps de sonde 100 délimite un premier espace de refroidissement 110 pour un premier fluide formé d'un circuit d'eau, débutant par l'entrée de premier fluide 110a (flèche E sur la figure 3), passant par le canal d'injection du premier fluide 110b, puis par la chambre terminale de premier fluide 110e, formant la portion la plus aval 35 de ce premier espace de refroidissement 110, et comprenant ensuite le canal d'évacuation du premier fluide 110c et enfin la sortie de premier fluide 110d (flèche S sur la figure 3). Par ailleurs, le corps de sonde 100 délimite également un deuxième espace de refroidissement 120 pour un deuxième fluide formé d'un circuit d'air amont comprenant : - une première portion d'injection débutant par la première entrée de deuxième fluide 120a1, passant par le premier canal d'injection de deuxième fluide 120b1 jusqu'au support conique 100C (figure 4) pour le flux F2, - une deuxième portion d'injection débutant par la deuxième entrée de deuxième fluide 120a2, passant par le deuxième canal d'injection de deuxième fluide 120b2 jusqu'au manchon taraudé 100D (figure 4) pour le flux F1, et - une portion d'évacuation de deuxième fluide comportant le 15 canal d'évacuation de deuxième fluide 120c et la sortie de deuxième fluide 120d (voir figures 2 et 3), pour l'évacuation conjointe des flux F1 et F2. Ainsi, ledit deuxième espace de refroidissement 120 du corps de sonde 100 comporte deux canaux d'injection du deuxième fluide 120b1 et 120b2. 20 De préférence, selon l'invention, ladite tête de sonde 200 comporte une buse d'injection 200A dudit deuxième fluide délimitant lesdits au moins deux canaux d'injection du deuxième fluide du deuxième espace de refroidissement. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures (voir les 25 figures 6 et 11), la buse d'injection 200A du deuxième fluide, en particulier de l'air, comporte deux canaux d'injection 220b1 et 220b2 du deuxième fluide, qui prolongent respectivement le premier canal d'injection de deuxième fluide 120b1 et le deuxième canal d'injection de deuxième fluide 120b2. 30 A cet effet, la buse d'injection 200A, formant la portion interne de la tête de sonde 200 et qui est visible sur les figures 6 et 10, comporte une portion amont 200A1 et une portion aval 200A2. La portion amont 200A1 de la buse d'injection 200A comporte deux parois cylindriques concentriques entre elles, la première paroi 35 cylindrique 230 entourant un premier tronçon du premier canal d'injection de deuxième fluide 220b1 (flux F2), et étant elle-même entourée par une deuxième paroi cylindrique 232, l'espace annulaire situé entre la première paroi cylindrique 230 et la deuxième paroi cylindrique 232 formant le deuxième canal d'injection de deuxième fluide 220b2 (flux F1). La portion aval 200A2 de la buse d'injection 200A comporte, en aval de l'extrémité libre de la deuxième paroi cylindrique 232 et à distance de cette dernière, dans le prolongement longitudinal de la première paroi cylindrique 230, une tête 234, également cylindrique de section circulaire. Cette tête 234 comporte un perçage traversant formant le tronçon terminal du premier canal d'injection de deuxième fluide 220b1 (flux F2). Selon une première variante illustrée sur la figure 10, cette tête 234 présente en section la forme d'une tête de flèche. En effet, la tête 234 de la buse d'injection 200A de la première variante présente une extrémité libre ou extrémité aval 235 biseautée, en forme de pointe, qui est effilée en direction de son centre selon la direction aval (vers le bas sur la figure 10). Selon une deuxième variante illustrée sur les figures 6 et 11, cette tête 234 présente une extrémité libre ou extrémité aval dont la face externe 235' est pratiquement cylindrique, mais légèrement biseautée, en direction de l'extrémité libre et présentant un élargissement 236 de l'extrémité du tronçon terminal du premier canal d'injection de deuxième fluide 220b1. En amont, la tête 234 de la buse d'injection 200A présente une extrémité arrière ou extrémité amont 237 formant un déflecteur à la sortie du deuxième canal d'injection de deuxième fluide 220b2 (flux F1) : à cet effet, la première paroi cylindrique 230 s'élargit avec un épaulement rentrant délimitant un angle aigu 0 (voir la figure 10). Cet angle 0 est présent entre la face externe de la première paroi cylindrique 230 et la face arrière de l'extrémité amont 237 de la tête 234, ainsi qu'entre la face arrière de l'extrémité amont 237 de la tête 234 et la face externe cylindrique 238 de la tête s'étendant entre l'extrémité amont 237 et l'extrémité aval 235. De préférence, cet angle 0 est compris entre 35° et 50°, et est de préférence de l'ordre de 45°.

L'entrée de chacun des deux canaux d'injection du deuxième fluide (220b1 et 220b2) de la tête de sonde 200est reliée à l'une des sorties des deux canaux d'injection de deuxième fluide (120b1 et 120b2) du corps de sonde 100 via des moyens de raccordement. A cet effet, ces moyens de raccordement comportent notamment le support conique 100C (voir les figures 4 et 11) et le manchon taraudé 100D (voir la figure 4) déjà décrits. Par ailleurs, la sortie des deux canaux d'injection du deuxième fluide (220b1 et 220b2) du deuxième espace de refroidissement 120 (de la tête de sonde 200) débouche dans un espace terminal 222 délimité par l'extrémité fermée d'un tube terminal 200B extérieur amovible coiffant ladite buse d'injection 200A et s'étendant le long d'un tronçon prédéfini formant une zone échantillon ZE. De cette façon, ladite buse d'injection 200A et ledit tube terminal 200B délimitent entre eux un tronçon de départ 224 dudit canal d'évacuation de deuxième fluide unique du deuxième espace de refroidissement 120..

Ainsi, comme on le voit sur la figure 10, la tête de sonde 200 délimite la portion aval du deuxième espace de refroidissement 120 pour un deuxième fluide formé d'un circuit d'air aval comprenant : - une première portion d'injection comprenant le premier canal d'injection de deuxième fluide 220b1 jusqu'à l'extrémité libre 235 de la 20 tête 234 de la buse d'injection 200A (figure 10) pour le flux F2 de deuxième fluide, - une deuxième portion d'injection comprenant le deuxième canal d'injection de deuxième fluide 220b2 jusqu'à l'extrémité arrière 237 de la tête 234 de la buse d'injection 200A (figure 10) pour le flux F1 de 25 deuxième fluide, et - une portion d'évacuation de deuxième fluide comportant l'espace terminal 222 pour l'évacuation du deuxième fluide et le tronçon de départ 224 du canal d'évacuation de deuxième fluide (voir figure 10), pour l'évacuation conjointe des flux F1 et F2, qui se sont rejoint dans la 30 zone de mélange 130, en direction de la portion du canal d'évacuation de deuxième fluide 120c du corps de sonde 100. On comprend que le tube terminal 200B est fermé à son extrémité libre formant l'extrémité aval. Par ailleurs, ledit tube terminal 200B comporte une extrémité ouverte formant l'extrémité amont, reliée 35 auxdits moyens de raccordement.

A cet effet, les moyens de raccordement comportent une pièce en céramique 240 fixée en amont du tube terminal 200B (au-dessus du tube terminal 200B sur la figure 7), qui entoure le manchon taraudé 100D. Egalement, les moyens de raccordement comportent huit tiges 5 filetées introduites au niveau d'une bague de jonction 242 fixée en amont de la pièce en céramique 240 (au-dessus de la pièce en céramique 240 sur la figure 7), et traversant cette dernière jusqu'à la tête de sonde 200 afin de maintenir entre elles la pièce céramique 240 et la tête de sonde 200 par serrage. 10 Afin de pouvoir rassembler les informations nécessaires au contrôle de la température de la tête de sonde 200 et de l'encrassement, comme on le voit sur les figures 8 et 9, le tube terminal 200B de la tête de sonde 200 est apte à recevoir différents dispositifs de mesure, notamment des dispositifs de mesure de la température. 15 En effet, le tube terminal 200B de la tête de sonde 200 est réalisé dans le même matériau que le tube échangeur 40 à simuler. Plus précisément, sur les figures 8 et 9, le tube terminal 200B est équipé : -d'un thermocouple 302 situé dans l'espace délimité par le tube 20 terminal 200B, dans le tronçon de départ du canal d'évacuation de deuxième fluide 224de la tête de sonde, pour la mesure de la température du deuxième fluide (de l'air), et - d'une première série de n1 thermocouples 304, dits « thermocouples face froide », disposés dans la portion de la paroi du 25 tube terminal 200B qui est proche du tronçon de départ du canal d'évacuation de deuxième fluide 224. De façon optionnelle, on prévoit également dans le tube terminal 200B une deuxième série de n2 thermocouples 306, dits « thermocouples face chaude », disposés dans la portion de la paroi du 30 tube terminal 200B qui est proche de la face externe du tube terminal 200B. On peut relever que cette deuxième séries de thermocouples 306 sert pour le calcul du gradient de température et l'évolution de la cinétique d'encrassement et n'intervient pas dans la régulation de la température de la tête de sonde 200.

En effet, la régulation de la température de la tête de sonde 200 se fait par la mesure de la « température de métal interne », à savoir de la température de la paroi du tube terminal 200B. Comme on le voit sur la figure 9 représentant le flux FC de 5 fumées chaudes, les thermocouples 304 et 306 sont disposés de façon régulièrement répartie sur la moitié du tube terminal 200B qui reçoit directement le flux S de fumées chaudes. On peut par ailleurs prévoir, alternativement ou en supplément, d'autres équipements de mesure au niveau du tube terminal 200B, parmi 10 lesquels : des capteurs de flux thermique, un dispositif de mesure de la perte d'épaisseur du tube (mesure de la variation de la résistance de polarisation Rp), un dispositif d'écoute des phénomènes se produisant sur les tubes (par émission acoustique).... Les thermocouples 302, 304, 306 et tout autre dispositif de 15 mesure est câblé jusqu'au tube terminal 200B au moyen de câbles 140 passant par le passage annulaire 102. Le mode de réalisation décrit ci-dessus en relation avec les figures 2 à 11 comprend seulement un premier espace de refroidissement de premier fluide (ici de l'eau), une seule entrée de premier fluide (ici de 20 l'eau) et un seul canal d'injection de premier fluide (ici de l'eau). On comprend que d'autres fluides sont utilisables à titre de premier fluide et que d'autres configurations avec davantage de canaux d'injection de premier fluide et d'entrées de premier fluide se rejoignant dans un ou plusieurs espaces de refroidissement de premier fluide, sont possibles. 25 Le mode de réalisation décrit ci-dessus en relation avec les figures 2 à 11 comprend deux canalisations parallèles pour l'injection de deuxième fluide (ici de l'air), avec deux entrées de deuxième fluide et deux canaux d'injection de deuxième fluide s'étendant entre le corps de sonde 100 et la tête de sonde 200. On comprend que d'autres fluides sont 30 utilisables à titre de deuxième fluide et que d'autres configurations avec davantage de canalisations d'injection de deuxième fluide se rejoignant dans un ou plusieurs espaces de mélange de deuxième fluide, sont possibles, notamment pour des têtes de sonde de grande longueur. La présente invention porte également sur un procédé de 35 contrôle de l'encrassement et de la corrosion pour un échangeur à chaleur par une sonde 20 telle que précédemment décrite, comprenant les étapes suivantes : - on dispose ladite sonde 20 à un emplacement de la chaudière 30 apte à recevoir un échangeur de chaleur, à savoir un emplacement soumis à un flux FC de fumées qui génèrent de l'encrassement, sont corrosives et présentent une haute température, avec la tête de sonde 200 tournée vers une partie de la chaudière plus chaude que le corps de sonde 100, - on fait circuler d'une part un premier fluide (de préférence de l'eau) dans ledit premier espace de refroidissement 110 et d'autre part un deuxième fluide (de préférence de l'air) différent du premier fluide dans ledit deuxième espace de refroidissement 120, - on adapte le débit dudit deuxième fluide de façon à contrôler la température du deuxième fluide dans le deuxième espace de refroidissement et dans ledit tronçon prédéfini formant la zone échantillon ZE de la tête de sonde 200. De préférence, l'un des deux canaux d'injection de deuxième fluide (par exemple le premier canal d'injection de deuxième fluide 120b1 transmettant le flux F2) est soumis à un débit de deuxième fluide Qa1 constant et l'autre des deux canaux d'injection de deuxième fluide (par exemple le deuxième canal d'injection de deuxième fluide 120b2 transmettant le flux F1) est soumis à un débit de deuxième fluide Qa2 variable, fonction d'une température de consigne Tc et de la température Ti mesurée à l'intérieur de la tête de sonde, notamment par le thermocouple 302, en réalisant ainsi une régulation du débit du deuxième fluide qui permet de contrôler la température de la paroi externe dudit tronçon prédéfini. Ainsi, sur la figure 12, on a représenté une possibilité de régulation de correspondant à la mise en oeuvre de ce qui précède, au 30 moyen d'une régulation de type PID. De préférence, lors de l'étape de régulation du débit du deuxième fluide on cherche à obtenir une température du deuxième fluide en entrée de la tête de sonde Ti sensiblement identique à la température du deuxième fluide en entrée de la sonde Te.

Par ailleurs, de préférence, ledit tronçon prédéfini formant la zone échantillon ZE représente plus de 50% de la longueur de la tête de sonde 200.

Claims

REVENDICATIONS1. Sonde (20) de contrôle de l'encrassement et de la corrosion pour un échangeur à chaleur tubulaire (30), notamment pour les tubes échangeurs des chaudières de production d'énergie à partir de 5 procédés de combustion ou de pyrolyse, comportant : - un corps de sonde (100) allongé comportant au moins un premier espace de refroidissement (110) pour un premier fluide circulant successivement depuis au moins une entrée de premier fluide (110a) le long d'au moins un canal d'injection de premier fluide (110b), puis le long 10 d'un canal d'évacuation de premier fluide (110c) en direction d'une sortie de premier fluide (110d), et - une tête de sonde (200) reliée par des moyens de raccordement (240, 242, 100C, 100D) au corps de sonde (100), dans son prolongement, caractérisée en ce que ledit corps de sonde (100) et la dite tête de sonde 15 (200) sont parcourus par un deuxième espace de refroidissement (120) pour un deuxième fluide différent du premier fluide et circulant successivement depuis au moins deux entrées de deuxième fluide (120a1, 120a2) le long d'au moins deux canaux d'injection de deuxième fluide (120b1, 120b2) qui se rejoignent, à l'extrémité libre de la tête de sonde 20 (200), dans une zone de mélange (130) d'un espace terminal (222) de la tête de sonde (200), ledit deuxième fluide circulant depuis ladite zone de mélange (130) dans un unique canal d'évacuation de deuxième fluide (120c, 224), en direction d'une unique sortie de deuxième fluide (120d), et en ce que le deuxième fluide et le premier fluide circulent de façon 25 coaxiale l'un par rapport à l'autre avec le premier espace de refroidissement (110) disposé à l'extérieur du deuxième espace de refroidissement (120), ce par quoi on peut contrôler la température du deuxième fluide dans le deuxième espace de refroidissement (120) jusqu'à un tronçon prédéfini de 30 la tête de sonde (200) comprenant la zone de mélange (130) et formant une zone échantillon (ZE).
2. Sonde (20) selon la revendication 1, caractérisée en ce que ce que l'on peut en outre contrôler la température de la paroi externe dudit tronçon prédéfini grâce à une régulation du débit du deuxième fluide 35 entre un premier flux (F1) circulant dans le premier canal d'injection dedeuxième fluide (120b1) et un deuxième flux (F2) circulant dans le premier canal d'injection de deuxième fluide (120b2).
3. Sonde (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit premier fluide est de l'eau.
4. Sonde (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit deuxième fluide est de l'air.
5. Sonde (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit canal d'injection du premier fluide (110b) est situé autour dudit canal d'évacuation du premier fluide 10 (110c).
6. Sonde (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit canal d'évacuation du deuxième fluide (120c, 224) est situé autour dudit canal d'injection du deuxième fluide (120b1, 120b2). 15
7. Sonde (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit tronçon prédéfini (ZE) représente plus de 50% de la longueur de la tête de sonde (200).
8. Sonde (20) selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite tête de sonde (200) comporte une buse d'injection (200A) dudit 20 deuxième fluide délimitant lesdits au moins deux canaux d'injection du deuxième fluide (220b1, 220b2) du deuxième espace de refroidissement (120)
9. Sonde (20) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la sortie des deux canaux d'injection du deuxième 25 fluide (220b1 et 220b2) du deuxième espace de refroidissement (120) débouche dans ledit espace terminal (222) délimité par l'extrémité fermée d'un tube terminal (200B) extérieur amovible coiffant ladite buse d'injection (200A) et s'étendant le long dudit tronçon prédéfini (ZE), ladite buse d'injection (200A) et ledit tube terminal (200B) délimitant entre eux 30 un tronçon de départ dudit canal d'évacuation de deuxième fluide (224) du deuxième espace de refroidissement (120).
10. Sonde (20) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ledit tube terminal (2006) comporte une extrémité ouverte reliée auxdits moyens de raccordement.
11. Sonde (20) selon la revendication 10, caractérisée en ce que ledit tube terminal (200B) est apte à recevoir différents dispositifs de mesure (302, 304, 306).
12. Chaudière de production d'énergie par combustion ou pyrolyse, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un échangeur de chaleur (30) et une sonde (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes disposée à un emplacement de la chaudière soumis à un flux de fumées qui génèrent de l'encrassement et sont corrosives à_haute température (FC).
13. Chaudière selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'elle forme un incinérateur de déchets.
14. Procédé de contrôle de l'encrassement et de la corrosion pour un échangeur à chaleur par une sonde (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, comprenant les étapes suivantes : - on dispose ladite sonde (20) à un emplacement de la chaudière soumis à un flux de fumées qui génèrent de l'encrassement, sont corrosives et présentent une haute température (FC), avec la tête de sonde (200) tournée vers une partie de la chaudière plus chaude que le corps de sonde (100), - on fait circuler d'une part un premier fluide dans ledit premier espace de refroidissement (110) et d'autre part un deuxième fluide différent du premier fluide dans ledit deuxième espace de refroidissement (120), - on adapte le débit dudit deuxième fluide de façon à contrôler la température du deuxième fluide dans le deuxième espace de refroidissement (120) et dans ledit tronçon prédéfini formant la zone échantillon (ZE) de la tête de sonde (200).
15. Procédé de contrôle de l'encrassement et de la corrosion pour un échangeur à chaleur selon la revendication précédente par une sonde (20) selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'un des deux canaux d'injection de deuxième fluide (120b1, 120b2) est soumis à un débit de deuxième fluide Qa1 constant et en ce que l'autre des deuxcanaux d'injection de deuxième fluide (120b1, 120b2) est soumis à un débit de deuxième fluide Qa2 variable, fonction d'une température de consigne Tc et de la température Ti mesurée à l'intérieur de la tête de sonde (200)., en réalisant ainsi une régulation du débit du deuxième fluide qui permet de contrôler la température de la paroi externe dudit tronçon prédéfini
16. Procédé de contrôle de l'encrassement et de la corrosion pour un échangeur à chaleur par une sonde (20), selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que lors de l'étape de régulation du débit du deuxième fluide on chercher à obtenir une température du deuxième fluide en entrée de la tête de sonde Ti sensiblement identique à la température du deuxième fluide en entrée de la sonde Te.