FR2778968A1

FR2778968A1 - DEVICE FOR THE ENTRY OF HOT GAS INTO A TUBE WITH HEATED SURFACES OF A HEAT RECOVERY BOILER

Info

Publication number: FR2778968A1
Application number: FR9906359A
Authority: FR
Inventors: Helmut Kylla
Original assignee: L&C Steinmueller GmbH
Current assignee: Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1999-05-19
Publication date: 1999-11-26
Anticipated expiration: 2019-05-19
Also published as: JPH11351501A; NL1012058A1; JP3971865B2; NL1012058C2; FR2778968B1; DE19822546C1

Abstract

Dans ce dispositif pour l'entrée d'un gaz chaud dans un tube à surfaces chauffantes d'une chaudière comportant une enveloppe extérieure (2) possédant une partie épaissie (9) et reliée à la paroi de la chaudière, et une partie de renvoi (4), avec un tube d'entrée (3) entouré par l'enveloppe extérieure et possédant une section d'entrée rétrécie et une section d'évacuation de forme conique qui s'étend jusqu'à proximité de la partie de renvoi, au moins l'enveloppe extérieure (2) comporte au niveau de sa partie épaissie (9), sur sa face intérieure (9a), des rainures (10a, 10b) réparties sensiblement uniformément dans la direction circonférentielle et s'étendant sensiblement dans la direction axiale.Application notamment aux chaudières industrielles.In this device for the entry of a hot gas into a tube with heating surfaces of a boiler comprising an outer casing (2) having a thickened part (9) and connected to the wall of the boiler, and a return part (4), with an inlet tube (3) surrounded by the outer casing and having a narrowed inlet section and a conically shaped outlet section which extends to the vicinity of the return portion, at least the outer casing (2) has at its thickened part (9), on its inner face (9a), grooves (10a, 10b) distributed substantially uniformly in the circumferential direction and extending substantially in the direction axial.Application in particular to industrial boilers.

Description

L'invention concerne un dispositif pour l'entrée d'un gaz chaud dans unThe invention relates to a device for the entry of hot gas into a

tube à surfaces chauffantes d'une chaudière à récupération de chaleur comportant une enveloppe extérieure, qui est reliée à la paroi de la chaudière, notamment au fond, et est épaissie au niveau de son extrémité inférieure, un tube d'entrée, qui se raccorde à l'enveloppe extérieure par l'intermédiaire d'une partie de renvoi arrondie moyennant la formation d'une ouverture d'entrée pour le gaz chaud, et est entouré à distance par l'enveloppe extérieure, et possédant une section d'introduction de forme rétrécie conique et une section d'évacuation reliée au tube à surfaces chauffantes, et comportant une structure interne de guidage du fluide de refroidissement, disposée entre l'enveloppe extérieure et le tube d'entrée et qui s'étend jusqu'à proximité du capot tube with heating surfaces of a heat recovery boiler comprising an external envelope, which is connected to the wall of the boiler, in particular at the bottom, and is thickened at its lower end, an inlet tube, which is connected to the outer casing by means of a rounded return portion by means of the formation of an inlet opening for the hot gas, and is surrounded at a distance by the outer casing, and having a section for introducing conical narrowed shape and a discharge section connected to the tube with heating surfaces, and comprising an internal structure for guiding the coolant, disposed between the outer casing and the inlet tube and which extends to near the hood

de renvoi.of reference.

D'après le prospectus "Verfahrenstechnik Anlagen- According to the prospectus "Verfahrenstechnik Anlagen-

und Apparatebau Komponenten und Teilkreislâufe" (1986) page 19 du déposant on connaît un dispositif du type indiqué précédemment, dans lequel l'enveloppe extérieure n'est par und Apparatebau Komponenten und Teilkreislâufe "(1986) page 19 of the applicant there is known a device of the type indicated above, in which the outer envelope is not

contre pas épaissie au niveau de son extrémité inférieure. against not thickened at its lower end.

Dans le cas de chaudières à récupération de chaleur chargées par un gaz chaud, la zone critique se situe au niveau de l'entrée des gaz chauds dans les tubes à surfaces chauffantes. Dans le cas o les dispositifs d'entrée sont chargés par des gaz chauds ayant une température atteignant jusqu'à environ 1500 C, qui proviennent par exemple de la décomposition non-catalytique d'hydrocarbures sous des pressions élevées, les dispositifs d'entrée sont soumis à une contrainte thermique extrêmement élevée. En outre en raison de la géométrie des tubes et de la pression intérieure élevée de la chaudière remplie d'eau, il apparaît des contraintes élevées et il faut tenir compte de dilatations thermiques importantes. Ceci conduit à des épaisseurs de paroi importantes, notamment dans l'enveloppe extérieure et dans la zone de renvoi et par conséquent à des températures de paroi élevées, ce qui limite la puissance de la chaudière à récupération de chaleur sous la In the case of heat recovery boilers loaded with hot gas, the critical zone is located at the entrance of hot gases into the tubes with heating surfaces. In the case where the inlet devices are charged with hot gases having a temperature reaching up to about 1500 C, which result for example from the non-catalytic decomposition of hydrocarbons under high pressures, the inlet devices are subject to extremely high thermal stress. In addition, due to the geometry of the tubes and the high internal pressure of the water-filled boiler, high stresses appear and significant thermal expansion must be taken into account. This leads to significant wall thicknesses, in particular in the outer casing and in the deflection zone and consequently to high wall temperatures, which limits the power of the heat recovery boiler under the

forme du débit de gaz.form of gas flow.

Dans une autre forme de réalisation du dispositif connu d'après ce prospectus, l'enveloppe extérieure est épaissie au niveau de son extrémité inférieure, de manière à garantir une meilleure réception des forces de pression intérieures. La présente invention a pour but d'améliorer le refroidissement dans la zone de l'épaississement et de la In another embodiment of the device known from this leaflet, the outer casing is thickened at its lower end, so as to guarantee better reception of the internal pressure forces. The object of the present invention is to improve the cooling in the area of thickening and

partie de renvoi.reference part.

Ce problème est résolu grâce au fait qu'au moins l'enveloppe extérieure comporte dans la zone de son épaississement, sur sa face intérieure, des rainures qui sont réparties d'une manière essentiellement uniforme dans la direction circonférentielle et s'étendent This problem is solved by virtue of the fact that at least the outer envelope has, in the area of its thickening, on its inner face, grooves which are distributed in an essentially uniform manner in the circumferential direction and extend

essentiellement dans la direction axiale. essentially in the axial direction.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les rainures sont formées par fraisage dans la paroi intérieure According to another characteristic of the invention, the grooves are formed by milling in the inner wall

de l'enveloppe extérieure.of the outer envelope.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les rainures sont définies par des barrettes séparées soudées According to another characteristic of the invention, the grooves are defined by separate bars welded

sur la paroi intérieure de l'enveloppe extérieure. on the inner wall of the outer shell.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les According to another characteristic of the invention, the

rainures sont formées dans une pièce moulée monobloc. grooves are formed in a one-piece molded part.

Il est en outre approprié que la profondeur des rainures augmente continûment dans la direction d'écoulement du fluide de refroidissement vers la partie de It is further suitable that the depth of the grooves increases continuously in the direction of flow of the coolant towards the part of

renvoi.dismissal.

Enfin il est préférable que les rainures se prolongent dans la partie de renvoi arrondie, le fond des rainures suivant sensiblement la courbure de la partie de renvoi, tandis que la profondeur des rainures diminue continûment en direction du tube d'entrée, grâce à quoi on obtient un refroidissement particulièrement efficace de la Finally it is preferable that the grooves extend into the rounded deflection part, the bottom of the grooves substantially following the curvature of the deflection part, while the depth of the grooves decreases continuously towards the inlet tube, whereby achieves particularly effective cooling of the

partie de renvoi.reference part.

D'autres caractéristiques et avantages de la Other features and advantages of the

présente invention ressortiront de la description donnée present invention will emerge from the description given

ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente une coupe verticale partielle d'une forme de réalisation du dispositif selon l'invention, la représentation étant comparable à l'image indiquée: "zone conique refroidie d'entrée dans les tubes à surfaces chauffantes", en haut de la page 19 du prospectus indiqué; - la figure 2 représente une coupe prise suivant la ligne II-II sur la figure 1; et - la figure 3 représente une coupe prise suivant la hereinafter taken with reference to the appended drawings, in which: - Figure 1 shows a partial vertical section of an embodiment of the device according to the invention, the representation being comparable to the image indicated: "cooled conical zone d 'entry into tubes with heating surfaces ", at the top of page 19 of the prospectus indicated; - Figure 2 shows a section taken on the line II-II in Figure 1; and - Figure 3 shows a section taken along the

ligne III-III sur la figure 1.line III-III in Figure 1.

Comme cela est représenté dans la figure, qui est indiquée dans le prospectus, seule est représentée, de la chaudière à récupération de chaleur, une partie de la paroi W du récipient, à laquelle est relié, dans la zone d'un perçage B, un dispositif 1 pour l'entrée du gaz chaud dans un tube non représenté à surfaces chauffantes de la chaudière à récupération de chaleur, et ce au moyen d'une soudure Si. Le dispositif comprend une enveloppe extérieure 2 et un tube d'entrée 3 qui est entouré par l'enveloppe extérieure 2, l'enveloppe et le tube étant reliés entre eux par l'intermédiaire d'une partie de renvoi arrondie 4. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 1, l'enveloppe extérieure 2 et la partie de renvoi 4 sont réunies d'un seul tenant pour former un capot de renvoi 6, qui est relié au tube d'entrée 3 par l'intermédiaire d'une soudure S2. Le capot de renvoi 6 détermine une ouverture 6a d'entrée pour le gaz dans le tube d'entrée 3. Le tube d'entrée 3 possède une section 5 qui se rétrécit avec une forme conique et qui se prolonge par une section d'évacuation en forme de cylindre droit, non représentée, As shown in the figure, which is indicated in the prospectus, only is shown, of the heat recovery boiler, part of the wall W of the container, to which is connected, in the area of a bore B, a device 1 for the entry of hot gas into a tube (not shown) with heating surfaces of the heat recovery boiler, and this by means of an Si weld. The device comprises an outer casing 2 and an inlet tube 3 which is surrounded by the outer casing 2, the casing and the tube being interconnected by means of a rounded deflection part 4. In the embodiment shown in FIG. 1, the outer casing 2 and the return part 4 are joined in one piece to form a return cover 6, which is connected to the inlet tube 3 by means of a weld S2. The return cover 6 determines an inlet opening 6a for the gas in the inlet tube 3. The inlet tube 3 has a section 5 which narrows with a conical shape and which is extended by a discharge section in the form of a right cylinder, not shown,

qui est reliée au tube à surfaces chauffantes. which is connected to the tube with heating surfaces.

L'enveloppe extérieure comporte une première section 7, qui est reliée à la paroi W du récipient, une section de jonction 8 et une section épaissie 9. Des rainures 10, qui sont orientées radialement et sont réparties de manière à être essentiellement équidistantes, sont formées par fraisage dans la paroi intérieure 9a de la section 9 et dans la paroi intérieure 4a de la partie de renvoi 4. Ces rainures 10 sont constituées par une section de rainure 10a, qui est formée par fraisage dans la section 9 de l'enveloppe extérieure et dont la profondeur augmente continûment, et par une section de rainure 0lob, qui se raccorde à la section précédente et comporte un fond courbe et dont la profondeur diminue en direction de la section 5 du tube. Les rainures peuvent être également disposées selon une autre répartition, dans la mesure o l'on peut obtenir l'effet de refroidissement désiré. Entre l'enveloppe extérieure 2 et le tube d'entrée 3 est disposée une structure 11 de guidage du fluide de refroidissement, dont l'extrémité libre se termine à The outer envelope has a first section 7, which is connected to the wall W of the container, a joining section 8 and a thickened section 9. Grooves 10, which are oriented radially and are distributed so as to be essentially equidistant, are formed by milling in the inner wall 9a of the section 9 and in the inner wall 4a of the deflection part 4. These grooves 10 are constituted by a groove section 10a, which is formed by milling in the section 9 of the casing exterior and whose depth increases continuously, and by a groove section 0lob, which is connected to the previous section and has a curved bottom and whose depth decreases in the direction of section 5 of the tube. The grooves can also be arranged in another distribution, insofar as the desired cooling effect can be obtained. Between the outer casing 2 and the inlet tube 3 is arranged a structure 11 for guiding the cooling fluid, the free end of which ends at

proximité de la partie de renvoi 4 au-dessus des rainures. near the return part 4 above the grooves.

Des barrettes 12 subsistent entre les rainures 10. Bars 12 remain between the grooves 10.

Le fluide de refroidissement K, qui pénètre entre la paroi du perçage B et la surface supérieure de l'insert 11 de guidage du fluide de refroidissement, circule selon des courants partiels K1 essentiellement dans la direction de circulation du fluide de refroidissement K et par conséquent dans des rainures 10, qui sont dirigées dans la direction axiale du dispositif, et sous la forme d'un courant partiel K2 dans l'espace compris entre la partie supérieure des barrettes 12 et l'insert 11 de guidage du fluide de refroidissement. Ces courants partiels se réunissent et circulent vers le haut dans l'espace présent entre l'insert 11 de guidage du fluide de refroidissement et la section d'entrée 5. La section inférieure 9 de l'enveloppe extérieure 2 et la partie de renvoi 4 peuvent être particulièrement bien refroidies à partir de l'intérieur par les courants partiels pénétrant dans les rainures 10. Par conséquent on obtient une réduction de la The coolant K, which penetrates between the wall of the bore B and the upper surface of the insert 11 for guiding the coolant, circulates in partial currents K1 essentially in the direction of circulation of the coolant K and therefore in grooves 10, which are directed in the axial direction of the device, and in the form of a partial current K2 in the space between the upper part of the bars 12 and the insert 11 for guiding the coolant. These partial currents meet and flow upwards in the space present between the insert 11 for guiding the coolant and the inlet section 5. The lower section 9 of the outer casing 2 and the return portion 4 can be particularly well cooled from the inside by the partial currents entering the grooves 10. Consequently, a reduction in the

température de surface au niveau de la partie de renvoi 4. surface temperature at the return section 4.

Les barrettes intérieures 12 augmentent la surface d'échange thermique et prennent très largement la température de l'eau de 250 à 350 C. De ce fait les valeurs de résistance caractéristiques dans le domaine de courte durée sont déterminantes du point de vue construction et peuvent être situées à des valeurs plus élevées que dans le cas des valeurs dans le domaine de longue durée (domaine de fluage). D'autre part les nervures possèdent un effet mécanique structurel, qui consiste en l'action de soutien The internal bars 12 increase the heat exchange surface and very widely take the water temperature from 250 to 350 C. Therefore the characteristic resistance values in the short-term range are decisive from the construction point of view and can be located at higher values than in the case of values in the long-term domain (creep domain). On the other hand the ribs have a structural mechanical effect, which consists of the supporting action

ou de renfort.or reinforcement.

Dans le cas du dispositif selon l'invention, l'épaisseur de paroi dans la partie de renvoi, qui était égale jusqu'alors à 15-20 mm, peut être réduite à environ mm, ce qui a pour effet qu'une réduction de la température de surface d'environ 100 K, du côté du gaz, est possible. La réduction de la température de surface, du côté du gaz, est importante notamment lorsque le gaz chaud, qui pénètre dans le dispositif, contient de l'hydrogène. Des températures de surface élevées en liaison avec un pourcentage d'hydrogène contenu dans le gaz peuvent conduire à une fragilisation par l'hydrogène, conformément In the case of the device according to the invention, the wall thickness in the deflection part, which was previously equal to 15-20 mm, can be reduced to approximately mm, which has the effect that a reduction in the surface temperature of about 100 K on the gas side is possible. The reduction of the surface temperature on the gas side is important, especially when the hot gas, which enters the device, contains hydrogen. High surface temperatures in connection with a percentage of hydrogen contained in the gas can lead to embrittlement by hydrogen, in accordance

au diagramme de NELSON.to the NELSON diagram.

Avec le dispositif selon l'invention on peut réduire la température de surface, notamment dans la zone du capot de renvoi du dispositif, c'està-dire de la With the device according to the invention, the surface temperature can be reduced, in particular in the area of the device's return cover, that is to say the

tubulure d'entrée du gaz.gas inlet manifold.

6 27789686 2778968

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif pour l'entrée d'un gaz chaud dans un tube à surfaces 1. Device for entering a hot gas into a tube with surfaces

chauffantes d'une chaudière à récupération de chaleur comportant une en- heaters of a heat recovery boiler comprising a

veloppe extérieure (2), qui est reliée à la paroi de la chaudière, notamment au fond, et est épaissie au niveau de son extrémité inférieure, un tube d'en- trée (3), qui se raccorde à l'enveloppe extérieure (2) par l'intermédiaire d'une partie de renvoi arrondie (4) moyennant la formation d'une ouverture d'entrée outer cover (2), which is connected to the wall of the boiler, in particular at the bottom, and is thickened at its lower end, an inlet tube (3), which connects to the outer casing ( 2) by means of a rounded return part (4) by means of the formation of an inlet opening

(6a) pour le gaz chaud, et qui est entouré à distance par l'enveloppe exté- (6a) for hot gas, and which is surrounded at a distance by the outer envelope

rieure (2), et possédant une section d'introduction (5) rétrécie de forme coni- (2), and having a narrowed introduction section (5)

que et une section d'évacuation reliée au tube à surfaces chauffantes, et comportant une structure interne de guidage du fluide de refroidissement, disposée entre l'enveloppe extérieure (2) et le tube d'entrée (3) et qui s'étend jusqu'à proximité de la partie de renvoi (4), caractérisé en ce qu'au moins l'enveloppe extérieure (2) comporte dans la zone de son épaississement (9), sur sa face intérieure (9a), des rainures (10) qui sont répartie d'une manière that and a discharge section connected to the tube with heating surfaces, and comprising an internal structure for guiding the coolant, disposed between the outer casing (2) and the inlet tube (3) and which extends up to 'near the deflection part (4), characterized in that at least the outer casing (2) has grooves (10) in its thickening zone (9), on its inner face (9a) which are distributed in a way

essentiellement uniforme dans la direction circonférentielle et s'étendent es- essentially uniform in the circumferential direction and extend es-

sentiellement dans la direction axiale. substantially in the axial direction.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rai- 2. Device according to claim 1, characterized in that the rai-

nures (10) sont formées par fraisage dans la paroi intérieure de l'enveloppe nures (10) are formed by milling in the inner wall of the envelope

extérieure.outside.

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rai- 3. Device according to claim 1, characterized in that the rai-

nures (10) sont définies par des barrettes séparées soudées sur la paroi inté- strips (10) are defined by separate bars welded to the inner wall

rieure de l'enveloppe extérieure.the outer envelope.

4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rai- 4. Device according to claim 1, characterized in that the rai-

nures (10) sont formées dans une pièce moulée monobloc. nures (10) are formed in a one-piece molded part.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, ca- 5. Device according to any one of claims 1 to 4, ca-

ractérisé en ce que la profondeur des rainures (10) augmente continûment dans la direction d'écoulement du fluide de refroidissement vers la partie de renvoi. characterized in that the depth of the grooves (10) increases continuously in the direction of flow of the coolant towards the return part.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, ca- 6. Device according to any one of claims 1 to 5, ca-

ractérisé en ce que les rainures (10a) se prolongent (10b) dans la partie de renvoi arrondie, le fond des rainures suivant sensiblement la courbure de la partie de renvoi, tandis que la profondeur des rainures diminue continûment characterized in that the grooves (10a) extend (10b) in the rounded return part, the bottom of the grooves substantially following the curvature of the return part, while the depth of the grooves decreases continuously

en direction du tube d'entrée.towards the inlet tube.