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FR2752926A1 - Fluid heat exchanger - Google Patents

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FR2752926A1
FR2752926A1 FR9610832A FR9610832A FR2752926A1 FR 2752926 A1 FR2752926 A1 FR 2752926A1 FR 9610832 A FR9610832 A FR 9610832A FR 9610832 A FR9610832 A FR 9610832A FR 2752926 A1 FR2752926 A1 FR 2752926A1
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FR
France
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tubes
groups
exchanger
heat exchanger
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FR9610832A
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FR2752926B1 (en
Inventor
Jean Aubry
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alstom Power Boiler SA
Original Assignee
GEC Alsthom Stein Industrie
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Publication date
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    • F22STEAM GENERATION
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    • F22B31/00Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements or dispositions of combustion apparatus
    • F22B31/0007Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements or dispositions of combustion apparatus with combustion in a fluidized bed
    • F22B31/0084Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements or dispositions of combustion apparatus with combustion in a fluidized bed with recirculation of separated solids or with cooling of the bed particles outside the combustion bed
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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F28D7/08Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag

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Abstract

The heat exchanger has an inlet manifold (6) for a fluid and an outlet manifold (7) connected by at least two groups of parallel tubes, forming the first (3A) and second (3B) groups defining an panel of tubes which are connected by couplings shaped like hairpins (5). The tubes are in two vertical parallel planes, the helix formed by the one group being surrounded by those forming the first group. The angle of each helix can be between eight and fifteen degrees. The two helices can have the same pitch. The two groups can have the same number of parallel tubes.

Description

ECHANGEUR DE CHALEUR D'ENCOMBREMENT REDUIT. REDUCED HEAT EXCHANGER.

La présente invention se rapporte à un échangeur de chaleur d'encombrement réduit. The present invention relates to a space-saving heat exchanger.

Elle concerne plus précisément un échangeur de chaleur comportant un collecteur d'entrée d'un fluide et un collecteur de sortie du fluide reliés par au moins deux groupes de tubes parallèles dits premier groupe et second groupe et formant un panneau de tubes en épingle à cheveux. It relates more precisely to a heat exchanger comprising a fluid inlet manifold and a fluid outlet manifold connected by at least two groups of parallel tubes called first group and second group and forming a panel of hairpin tubes .

Un tel échangeur connu est décrit dans le brevet FR2 622 963. Les tubes y sont tous disposés selon un même plan vertical, chaque groupe formant un zigzag comportant des tronçons rectilignes horizontaux reliés par des épingles à cheveux selon un plan vertical. Such a known exchanger is described in patent FR2 622 963. The tubes are all arranged in the same vertical plane, each group forming a zigzag comprising horizontal rectilinear sections connected by hairpins in a vertical plane.

Un tel échangeur peut par exemple être installé dans un lit fluidisé externe destiné à équiper un foyer à lit fluidisé circulant. Such an exchanger can for example be installed in an external fluidized bed intended to equip a circulating fluidized bed hearth.

Dans de telles installations de grande puissance, il est recherché une augmentation des surfaces d'échange thermique d'un tel échangeur. Ceci conduit à la nécessité d'augmenter les dimensions de l'échangeur ou d'associer un nombre relativement de tels échangeurs. Dans tous les cas, l'encombrement en est augmenté. In such high-power installations, an increase in the heat exchange surfaces of such an exchanger is sought. This leads to the need to increase the dimensions of the exchanger or to associate a relatively number of such exchangers. In all cases, the size is increased.

Le but de l'invention est d'augmenter considérablement les surfaces d'échange, tout en conservant des dimensions limitées de l'échangeur. The object of the invention is to considerably increase the exchange surfaces, while retaining limited dimensions of the exchanger.

Pour ce faire, conformément à l'invention, chaque groupe forme une hélice plate constituée de tronçons rectilignes reliés par des épingles à cheveux et disposés selon deux plans verticaux parallèles, l'hélice formée par le second groupe étant imbriquée dans celle formée par le premier groupe. To do this, according to the invention, each group forms a flat helix consisting of rectilinear sections connected by hairpins and arranged in two parallel vertical planes, the helix formed by the second group being nested in that formed by the first group.

A encombrement sensiblement identique, il est ainsi possible de multiplier la surface d'échange thermique par un coefficient de l'ordre de trois. With substantially identical dimensions, it is thus possible to multiply the heat exchange surface by a coefficient of the order of three.

Selon le mode de réalisation préféré, l'angle de chaque hélice est compris entre 8 et 150, afin de permettre une alimentation en circulation naturelle et l'utilisation de l'échangeur en tant que vaporisateur. According to the preferred embodiment, the angle of each propeller is between 8 and 150, in order to allow a natural circulation supply and the use of the exchanger as a vaporizer.

De préférence, les deux hélices ont le même pas et, avantageusement, les deux groupes comportent le même nombre de tubes parallèles. Preferably, the two propellers have the same pitch and, advantageously, the two groups have the same number of parallel tubes.

Selon une variante de réalisation, les tubes adjacents d'un même groupe sont reliés par une ailette continue. According to an alternative embodiment, the adjacent tubes of the same group are connected by a continuous fin.

L'invention est décrite ci-après plus en détail à l'aide de figures ne représentant qu'un mode de réalisation préféré de l'invention. The invention is described below in more detail using figures showing only a preferred embodiment of the invention.

La figure 1 représente une partie d'un lit fluidisé dense et plus précisément dans un caisson 1 constitué d'une tôle métallique renforcée de raidisseurs et d'une couche de béton interne une chambre 2 dans laquelle se déversent les solides après leur passage au-dessus d'un muret en aval d'un chambre de réception de ces solides. FIG. 1 represents part of a dense fluidized bed and more precisely in a box 1 consisting of a metal sheet reinforced with stiffeners and a layer of internal concrete, a chamber 2 into which the solids are poured after their passage through- above a low wall downstream of a chamber for receiving these solids.

La chambre 2 est équipée d'une boîte inférieure d'alimentation en air de fluidisation non représentée, de buses d'injection d'air de fluidisation non représentées disposées sur la paroi inférieure 2A de la chambre 2 et d'un échangeur de chaleur constitué d'une pluralité d'agencements parallèles de tubes 3 véhiculant un fluide caloporteur, par exemple de la vapeur, disposés transversalement à la chambre 2 et suspendus à la paroi supérieure 2B de la chambre 2, chaque agencement de tubes étant relié en partie basse à un collecteur d'entrée du fluide caloporteur 6 constitué d'un tube disposé longitudinalement au caisson 1 et en partie haute à un collecteur de sortie de ce fluide chauffé 7 constitué d'un tube disposé longitudinalement au caisson 1. Chamber 2 is equipped with a lower fluidization air supply box, not shown, fluidization air injection nozzles, not shown, disposed on the lower wall 2A of chamber 2, and with a heat exchanger consisting a plurality of parallel arrangements of tubes 3 carrying a heat transfer fluid, for example steam, arranged transversely to the chamber 2 and suspended from the upper wall 2B of the chamber 2, each arrangement of tubes being connected at the bottom to an inlet manifold for the heat transfer fluid 6 consisting of a tube arranged longitudinally in the casing 1 and in the upper part to an outlet manifold for this heated fluid 7 consisting of a tube arranged longitudinally in the casing 1.

Dans cette chambre 2 a donc lieu la fluidisation dense des solides et une récupération de chaleur par l'échangeur 3. In this chamber 2 therefore takes place the dense fluidization of the solids and heat recovery by the exchanger 3.

Un tel lit est en général destiné à une installation de combustion comprenant un foyer à lit fluidisé circulant comportant une sortie des gaz débouchant dans un cyclone de séparation dont les solides récupérés sont traités dans ce lit fluidisé externe avant d'être au moins partiellement réinjectés dans le foyer à lit fluidisé circulant. Such a bed is generally intended for a combustion installation comprising a circulating fluidized bed hearth comprising a gas outlet opening into a separation cyclone whose recovered solids are treated in this external fluidized bed before being at least partially reinjected into the circulating fluidized bed hearth.

Le collecteur d'entrée 6 est logé sous la paroi inférieure 2A de la chambre 2 et disposé dans le plan central de la chambre 2. L'agencement d'échangeur 3 est reliés à ce collecteur 6 par une fente 9 réalisée dans la paroi inférieure 2A de la chambre 2 et enrobé de béton 16, qui assure sa fixation et sa protection. The inlet manifold 6 is housed under the bottom wall 2A of the chamber 2 and arranged in the central plane of the chamber 2. The exchanger arrangement 3 is connected to this manifold 6 by a slot 9 made in the bottom wall 2A of chamber 2 and coated with concrete 16, which ensures its fixation and protection.

A ce collecteur d'entrée 6, sont reliés les agencements de tubes d'échange thermique 3 qui de façon classique s'étendent jusqu'à la hauteur dudit muret. To this inlet manifold 6 are connected the arrangements of heat exchange tubes 3 which conventionally extend up to the height of said low wall.

Le collecteur de sortie 7 enrobé de béton est disposé à l'intérieur de la chambre 2, dans le plan central longitudinal de la chambre 2 et plus précisément sous la paroi supérieure 2B de la chambre 2 et est équipé d'au moins une tubulure de sortie du fluide caloporteur chauffé 8 traversant cette paroi supérieure 2B et raccordée au collecteur de sortie 7 par un raccord en Té assurant également la suspension du collecteur de sortie 6 à la paroi supérieure 2B. The outlet manifold 7 coated with concrete is placed inside the chamber 2, in the longitudinal central plane of the chamber 2 and more precisely under the upper wall 2B of the chamber 2 and is equipped with at least one manifold of outlet of the heated heat transfer fluid 8 passing through this upper wall 2B and connected to the outlet manifold 7 by a tee fitting also ensuring the suspension of the outlet manifold 6 from the upper wall 2B.

Plusieurs ensembles de collecteurs et d'agencements de tubes tels que précédemment décrits peuvent être installés dans la chambre 2, alignés dans la direction longitudinale de celle-ci. Several sets of collectors and tube arrangements as previously described can be installed in the chamber 2, aligned in the longitudinal direction thereof.

L'agencement d'échangeur 3 qui sera appelé échangeur 3 comporte deux groupes de tubes parallèles dits premier groupe 3A et second groupe 3B qui forment un panneau de tubes en épingle à cheveux. Outre leurs tronçons de connexion aux collecteurs 6, 7, chaque groupe forme une hélice plate constituée de tronçons rectilignes 4 reliés par des épingles à cheveux 5 et disposés selon deux plans verticaux parallèles, l'hélice formée par le second groupe 3B étant imbriquée dans celle formée par le premier groupe 3A. The heat exchanger arrangement 3 which will be called heat exchanger 3 comprises two groups of parallel tubes called first group 3A and second group 3B which form a panel of hairpin tubes. In addition to their connecting sections to the collectors 6, 7, each group forms a flat helix consisting of rectilinear sections 4 connected by hairpins 5 and arranged in two parallel vertical planes, the helix formed by the second group 3B being nested in that formed by the first group 3A.

Les tronçons rectilignes 4 sont inclinés et l'angle de chaque hélice est compris entre 8 et 150.  The straight sections 4 are inclined and the angle of each propeller is between 8 and 150.

Avantageusement, les deux hélices ont le même pas, les tubes étant tous sensiblement de longueur identique ce qui élimine toute tension différentielle. Advantageously, the two propellers have the same pitch, the tubes all being substantially of identical length, which eliminates any differential tension.

Chaque groupe de tubes comporte donc un premier tronçon sensiblement vertical 10 relié au collecteur d'entrée 6 et traversant la paroi inférieure 2A, puis une hélice plate constituée de tronçons rectilignes inclinés 4 et d'épingles à cheveux et un second tronçon sensiblement vertical 11 reliant l'hélice et le collecteur de sortie 7. Each group of tubes therefore comprises a first substantially vertical section 10 connected to the inlet manifold 6 and passing through the bottom wall 2A, then a flat helix consisting of inclined rectilinear sections 4 and hairpins and a second substantially vertical section 11 connecting propeller and outlet manifold 7.

Au moins l'un des tubes de ce second tronçon 11 présente une épingle à cheveux 12 qui traverse la paroi supérieure 2B et y est enrobée de béton afin d'assurer la suspension de l'échangeur. Verticalement, au droit de ces suspensions, la suspension de l'échangeur peut être renforcée par des ailettes courtes 13 soudées comme représentées sur la figure 2 ou un agencement de suspens ion tel que décrit dans le brevet FR-2 622 963 peut être utilisé. At least one of the tubes of this second section 11 has a hairpin 12 which passes through the upper wall 2B and is coated therewith in order to suspend the exchanger. Vertically, in line with these suspensions, the suspension of the exchanger can be reinforced by short fins 13 welded as shown in FIG. 2 or an arrangement of suspension suspensions as described in patent FR-2 622 963 can be used.

Afin de rigidifier l'échangeur et d'en améliorer sa tenue mécanique, il est également possible de relier les tubes adjacents d'un même groupe 3A, 3B par une ailette continue 14, comme représenté sur la figure 3 (détail III de la figure 1). Chaque groupe 3A, 3B est alors constitué d'un panneau tubé en forme de ruban et conformé en hélice. In order to stiffen the exchanger and improve its mechanical strength, it is also possible to connect the adjacent tubes of the same group 3A, 3B by a continuous fin 14, as shown in Figure 3 (detail III of the figure 1). Each group 3A, 3B then consists of a panel cased in the form of a ribbon and shaped into a helix.

L'échangeur conforme à l'invention est autoporteur et permet l'alimentation en circulation naturelle. The exchanger according to the invention is self-supporting and allows the supply in natural circulation.

Bien que décrit dans une installation de lit fluidisé externe, il peut être utilisé dans toute installation d'échange thermique, par exemple dans une chaudière de récupération en sortie d'incinérateur.  Although described in an external fluidized bed installation, it can be used in any heat exchange installation, for example in a recovery boiler at the outlet of the incinerator.

Claims (5)

REVENDICATIONS 1) Echangeur de chaleur comportant un collecteur d'entrée (6) d'un fluide et un collecteur de sortie (7) du fluide reliés par au moins deux groupes de tubes parallèles dits premier groupe (3A) et second groupe (3B) et formant un panneau de tubes en épingle à cheveux, caractérisé en ce que chaque groupe forme une hélice plate constituée de tronçons rectilignes (4) reliés par des épingles à cheveux (5) et disposés selon deux plans verticaux parallèles, l'hélice formée par le second groupe (3B) étant imbriquée dans celle formée par le premier groupe (3A). 1) Heat exchanger comprising an inlet manifold (6) of a fluid and an outlet manifold (7) of the fluid connected by at least two groups of parallel tubes called first group (3A) and second group (3B) and forming a panel of hairpin tubes, characterized in that each group forms a flat helix made up of rectilinear sections (4) connected by hairpins (5) and arranged in two parallel vertical planes, the helix formed by the second group (3B) being nested in that formed by the first group (3A). 2) Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle de chaque hélice est compris entre 8 et 150. 2) Exchanger according to claim 1, characterized in that the angle of each propeller is between 8 and 150. 3) Echangeur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux hélices ont le même pas. 3) Exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the two propellers have the same pitch. 4) Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux groupes (3A, 3B) comportent le même nombre de tubes parallèles. 4) Exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the two groups (3A, 3B) have the same number of parallel tubes. 5) Echangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes adjacents d'un même groupe sont reliés par une ailette continue (14).  5) Exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the adjacent tubes of the same group are connected by a continuous fin (14).
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