EP0787946A1 - Lit fluidisé externe destiné à équiper un foyer à lit fluidisé circulant - Google Patents

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EP0787946A1
EP0787946A1 EP97400213A EP97400213A EP0787946A1 EP 0787946 A1 EP0787946 A1 EP 0787946A1 EP 97400213 A EP97400213 A EP 97400213A EP 97400213 A EP97400213 A EP 97400213A EP 0787946 A1 EP0787946 A1 EP 0787946A1
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chamber
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wall
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GEC Alsthom Stein Industrie
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    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B31/00—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements or dispositions of combustion apparatus
    • F22B31/0007—Modifications 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
    • F22B31/0084—Modifications 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D13/00—Heat-exchange apparatus using a fluidised bed

Definitions

  • the present invention relates to an external fluidized bed intended to equip a circulating fluidized bed hearth.
  • a dense fluidized bed comprising in a box a chamber into which solids are poured out and equipped with a lower box for supplying fluidizing air, with nozzles for injecting fluidizing air arranged on its lower wall. and a heat exchanger made up of a plurality of parallel arrangements of tubes conveying a heat-transfer fluid, arranged transversely to the chamber and suspended from the upper wall of the chamber, each arrangement of tubes being connected at the bottom to a collector inlet of the heat transfer fluid consisting of a tube disposed longitudinally in the box and in the upper part to an outlet manifold of this heated fluid consisting of a tube disposed longitudinally in the box.
  • the inlet and outlet manifolds are arranged outside the box.
  • the inlet manifold is arranged next to the box and the heat exchange tube arrangements have a first part opening out of the box to connect to this manifold.
  • the outlet manifold is arranged above the box and the heat exchange tube arrangements have a second part opening out of the box to connect to this manifold.
  • the present invention solves these problems and consists of a compactly shaped bed, the manufacture and repair of which are particularly easy and rapid.
  • the inlet manifold is housed in the lower wall of the chamber and the outlet manifold is disposed inside the chamber and is equipped with at least one outlet manifold for the heated heat transfer fluid passing through a wall of the chamber.
  • the outlet manifold is disposed under the upper wall of the chamber and said tube passes through this upper wall.
  • the two collectors are arranged in the longitudinal central plane of the chamber.
  • all the tubes of each tube arrangement are of substantially identical length.
  • the inlet manifold is housed in a slot made in the bottom wall of the chamber and coated with sand.
  • a pipe for supplying heat transfer fluid passes through the fluidization box and is connected to the inlet manifold.
  • the invention also relates to a combustion installation comprising a circulating fluidized bed hearth comprising a gas outlet opening into a separation cyclone whose recovered solids are treated in an external fluidized bed as specified above.
  • Figure 1 is a perspective view of a bed according to the invention, its wall being partially broken away.
  • Figure 2 is a cross-sectional view of this bed.
  • Chamber 2 is equipped with a lower fluidization air supply box 3, nozzles 4 for injecting fluidization air arranged on the lower wall 2A of chamber 2 and a heat exchanger 5 consisting of '' a plurality of parallel arrangements of tubes conveying 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 a manifold inlet of the heat transfer fluid 6 consisting of a tube disposed longitudinally in the casing 1 and in the upper part to an outlet manifold of this heated fluid 7 consisting of a tube disposed longitudinally in the casing 1.
  • a heat transfer fluid for example steam
  • 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.
  • the inlet manifold 6 is housed in the bottom wall 2A of the chamber 2 and arranged in the central plane of the chamber 2. More precisely, it is housed in a slot 9 made in the lower wall 2A of the chamber 2 and coated with sand or concrete 16, which ensures its fixing and its protection.
  • a heat transfer fluid supply line 10 passes through the fluidization box 3 and is connected to the inlet manifold 6 by a T-connector.
  • the arrangements of heat exchange tubes which are conventionally essentially horizontal and hairpin and extend to the height of the walls 13, 14.
  • the arrangements are suspended by pair to the upper wall 2B of the chamber 2 by two vertical support tubes 17, 18 which are connected to the inlet manifold 5, pass through the upper wall 2B and return by return sections 17A, 18A connect to the outlet manifold 6 to which the tubes of the tube arrangements are connected.
  • these support tubes 17, 18 can be of the type described in patent document FR-2 622 963 and be secured to the horizontal sections by connecting pieces ensuring both the mechanical support and the hydraulic connection, the support tubes constituting an extension of one of the hairpin tubes.
  • the horizontal hairpin tubes are all of identical length, which eliminates any differential tension in the support tubes 17, 18.
  • 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 6 by a T-connector also ensuring the suspension of the outlet manifold 6 from the upper wall 2B.
  • Such a bed allows a particularly improved manufacturing, which reduces manufacturing and assembly times on site.
  • the box 1 without its upper wall can be manufactured in a first assembly, such as an open box.
  • the upper wall with the collectors 5, 6 and the arrangements of suspended tubes can be prefabricated in a second set, in the workshop or on site. It suffices during the final assembly to introduce the second set from above into the first set, the inlet manifold 5 being installed in the slot 9, placed on the metal sheet 20 and then coated with sand or concrete.
  • the complete dismantling of the device is carried out by destruction of the possible concrete 16 and removal from the top of the second set.
  • the coating of the inlet manifold 5 with sand facilitates disassembly thereof and any intervention on it.
  • partial disassembly is carried out by cutting off the pair of damaged tube arrangements and the corresponding support tubes 17, 18 just above and just below the pair of tube arrangements and by translating this pair of arrangements in the box up or down in order to carry out the repair on the cleared tube arrangements.
  • disassembly requires less space than in known beds and it is thus possible to make a bed of less height and size.

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Abstract

La présente invention concerne un lit fluidisé dense comportant dans un caisson (1) une chambre (2) dans laquelle se déversent des solides et équipée d'une boîte inférieure d'alimentation en air de fluidisation (3), de buses (4) disposées sur sa paroi inférieure (2A) et d'un échangeur de chaleur (5) constitué d'une pluralité d'agencements parallèles de tubes véhiculant un fluide caloporteur, 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). Le collecteur d'entrée (6) est logé dans la paroi inférieure (2A) de la chambre et le collecteur de sortie (7) est disposé à l'intérieur de la chambre (2) et est équipé d'au moins une tubulure de sortie du fluide caloporteur chauffé (8) traversant une paroi de la chambre (2). <IMAGE>

Description

  • La présente invention se rapporte à un lit fluidisé externe destiné à équiper un foyer à lit fluidisé circulant.
  • Elle concerne plus précisément un lit fluidisé dense comportant dans un caisson une chambre dans laquelle se déversent des solides et équipée d'une boîte inférieure d'alimentation en air de fluidisation, de buses d'injection d'air de fluidisation disposées sur sa paroi inférieure et d'un échangeur de chaleur constitué d'une pluralité d'agencements parallèles de tubes véhiculant un fluide caloporteur, disposés transversalement à la chambre et suspendus à la paroi supérieure de la chambre, chaque agencement de tubes étant reliés en partie basse à un collecteur d'entrée du fluide caloporteur constitué d'un tube disposé longitudinalement au caisson et en partie haute à un collecteur de sortie de ce fluide chauffé constitué d'un tube disposé longitudinalement au caisson.
  • Dans un tel lit fluidisé externe connu, les collecteurs d'entrée et de sortie sont disposés à l'extérieur du caisson. Le collecteur d'entrée est disposé à côté du caisson et les agencements de tubes d'échange de chaleur ont une première partie débouchant hors du caisson pour se relier à ce collecteur. Le collecteur de sortie est disposé au dessus du caisson et les agencements de tubes d'échange de chaleur ont une seconde partie débouchant hors du caisson pour se relier à ce collecteur. Ces parties traversent donc, l'une la paroi latérale, l'autre la paroi supérieure du caisson, formant des protubérances supérieure et latérale dont il faut tenir compte lorsqu'est considéré l'encombrement du lit.
  • Par ailleurs, les opérations de montage et de réparation nécessitent d'intervenir sur ces parois, afin de démonter les parties de tubes externes au caisson.
  • La présente invention résout ces problèmes et consiste en un lit de forme compacte et dont la fabrication et la réparation sont particulièrement aisées et rapides.
  • Pour ce faire, conformément à l'invention, le collecteur d'entrée est logé dans la paroi inférieure de la chambre et le collecteur de sortie est disposé à l'intérieur de la chambre et est équipé d'au moins une tubulure de sortie du fluide caloporteur chauffé traversant une paroi de la chambre.
  • Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, le collecteur de sortie est disposé sous la paroi supérieure de la chambre et ladite tubulure traverse cette paroi supérieure.
  • De préférence, les deux collecteurs sont disposés dans le plan central longitudinal de la chambre.
  • Avantageusement, tous les tubes de chaque agencement de tube sont de longueur sensiblement identique.
  • De préférence, le collecteur d'entrée est logé dans une fente réalisée dans la paroi inférieure de la chambre et enrobé de sable.
  • Avantageusement, une canalisation d'alimentation en fluide caloporteur traverse la boite de fluidisation et est connectée au collecteur d'entrée.
  • L'invention concerne également une installation de combustion comportant un foyer à lit fluidisé circulant comportant une sortie des gaz débouchant dans un cyclone de séparation dont les solides récupérés sont traités dans un lit fluidisé externe tel que précisé ci-dessus.
  • 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.
  • La figure 1 est une vue en perpective l'un lit conforme à l'invention, sa paroi étant partiellement arrachée.
  • La figure 2 est une vue en coupe transversale de ce lit.
  • Le lit fluidisé dense comporte dans un caisson 1 constitué d'une tôle métallique 20 renforcée de raidisseurs et d'une couche de béton interne 21, trois chambres:
    • une chambre de réception des solides 11 dans laquelle sont introduits des solides par un orifice 12,
    • une chambre 2 dans laquelle se déversent les solides après leur passage au-dessus d'un premier muret 13,
    • une chambre de sortie 15 des solides partiellement représentée sur la figure 1, recevant les solides après leur passage au-dessus d'un second muret 14 et comportant un orifice d'évacuation des solides non visible sur la figure.
  • La chambre 2 est équipée d'une boîte inférieure d'alimentation en air de fluidisation 3, de buses 4 d'injection d'air de fluidisation disposées sur la paroi inférieure 2A de la chambre 2 et d'un échangeur de chaleur 5 constitué d'une pluralité d'agencements parallèles de tubes 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.
  • Dans cette chambre 2 a donc lieu la fluidisation dense des solides et une récupération de chaleur par l'échangeur 5.
  • 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.
  • Le collecteur d'entrée 6 est logé dans la paroi inférieure 2A de la chambre 2 et disposé dans le plan central de la chambre 2. Plus précisément, il est logé dans une fente 9 réalisée dans la paroi inférieure 2A de la chambre 2 et enrobé de sable ou de béton 16, qui assure sa fixation et sa protection. Une canalisation d'alimentation en fluide caloporteur 10 traverse la boîte de fluidisation 3 et est connectée au collecteur d'entrée 6 par un raccord en Té.
  • A ce collecteur d'entrée 6, sont reliés les agencements de tubes d'échange thermique qui sont de façon classique essentiellement horizontaux et en épingle à cheveux et s'étendent jusqu'à la hauteur des murets 13, 14. Les agencements sont suspendus par paire à la paroi supérieure 2B de la chambre 2 par deux tubes porteurs verticaux 17, 18 qui sont connectés au collecteur d'entrée 5, traversent la paroi supérieure 2B et reviennent par des tronçons de retour 17A, 18A se raccorder au collecteur de sortie 6 auquel sont raccordés les tubes des agencements de tubes. Avantageusement, ces tubes supports 17, 18 peuvent être du type de ceux décrits dans le document de brevet FR-2 622 963 et être solidarisés avec les tronçons horizontaux par des pièces de liaison assurant tout à la fois le support mécanique et la connexion hydraulique, les tubes supports constituant un prolongement de l'un des tubes en épingle à cheveux. Les tubes horizontaux en épingle à cheveux sont tous de longueur identique ce qui élimine toute tension différentielle dans les tubes supports 17, 18.
  • 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 6 par un raccord en Té assurant également la suspension du collecteur de sortie 6 à la paroi supérieure 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.
  • Un tel lit permet une fabrication particulièrement améliorée, qui réduit les délais de fabrication et de montage sur site.
  • En effet, le caisson 1 sans sa paroi supérieure peut être fabriqué en un premier ensemble, tel une boîte ouverte. La paroi supérieure avec les collecteurs 5, 6 et les agencements de tubes suspendus peuvent être préfabriqués en un second ensemble, en atelier ou en chantier. Il suffit lors du montage final d'introduire par le haut le second ensemble dans le premier ensemble, le collecteur d'entrée 5 étant installé dans la fente 9, posé sur la tôle métallique 20 puis enrobé de sable ou de béton.
  • Le démontage complet de l'appareil est réalisé par destruction du béton éventuel 16 et enlèvement par le haut du second ensemble.
  • L'enrobage par du sable du collecteur d'entrée 5 facilite le démontage de celui-ci et toute intervention sur celui-ci.
  • En cas de fuite et de réparation nécessaire, un démontage partiel est effectué en sectionnant la paire d'agencements de tubes endommagée et les tubes supports 17, 18 correspondants juste au-dessus et juste au-dessous de la paire d'agencements de tubes et en translatant cette paire d'agencements dans le caisson vers le haut ou vers le bas afin d'opérer la réparation sur les agencements de tubes dégagés.
  • En partie haute, le démontage nécessite moins de place que dans les lits connus et il est ainsi possible de réaliser un lit de hauteur et d'encombrement moindres.
  • Grâce à cette nouvelle conception du lit, l'échange thermique a lieu dès la sortie du fluide hors du collecteur d'entrée 5 dans les agencements de tubes d'échange thermique, l'ensemble de ces agencements étant à l'intérieur de la chambre 2.

Claims (7)

  1. Lit fluidisé dense comportant dans un caisson (1) une chambre (2) dans laquelle se déversent des solides et équipée d'une boite inférieure d'alimentation en air de fluidisation (3), de buses d'injection d'air de fluidisation (4) disposées sur sa paroi inférieure (2A) et d'un échangeur de chaleur (5) constitué d'une pluralité d'agencements parallèles de tubes véhiculant un fluide caloporteur, 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), caractérisé en ce que le collecteur d'entrée (6) est logé dans la paroi inférieure (2A) de la chambre et en ce que le collecteur de sortie (7) est disposé à l'intérieur de la chambre (2) et est équipé d'au moins une tubulure de sortie du fluide caloporteur chauffé (8) traversant une paroi de la chambre (2).
  2. Lit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le collecteur de sortie (7) est disposé sous la paroi supérieure (2B) de la chambre (2) et ladite tubulure (8) traverse cette paroi supérieure (2B).
  3. Lit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux collecteurs (6, 7) sont disposés dans le plan central longitudinal de la chambre (2).
  4. Lit selon la revendication 3, caractérisé en ce que tous les tubes de chaque agencement de tube sont de longueur sensiblement identique.
  5. Lit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le collecteur d'entrée (6) est logé dans une fente (9) réalisée dans la paroi inférieure (2A) de la chambre (2) et enrobé de sable.
  6. Lit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une canalisation d'alimentation en fluide caloporteur (10) traverse la boîte de fluidisation (3) et est connectée au collecteur d'entrée (6).
  7. 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 un lit fluidisé externe conforme à l'une des revendications précédentes.
EP97400213A 1996-01-31 1997-01-30 Lit fluidisé externe destiné à équiper un foyer à lit fluidisé circulant Expired - Lifetime EP0787946B1 (fr)

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