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WO2011141673A1 - Procede et dispositif de desencrassement d'echangeur de chaleur - Google Patents

Procede et dispositif de desencrassement d'echangeur de chaleur Download PDF

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Publication number
WO2011141673A1
WO2011141673A1 PCT/FR2011/051045 FR2011051045W WO2011141673A1 WO 2011141673 A1 WO2011141673 A1 WO 2011141673A1 FR 2011051045 W FR2011051045 W FR 2011051045W WO 2011141673 A1 WO2011141673 A1 WO 2011141673A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat exchanger
hot gas
phases
during
tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2011/051045
Other languages
English (en)
Inventor
El Hani Bouhabila
Thierry Malard
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.)
Solios Environnement SA
Original Assignee
Solios Environnement SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Solios Environnement SA filed Critical Solios Environnement SA
Priority to CA2798677A priority Critical patent/CA2798677C/fr
Publication of WO2011141673A1 publication Critical patent/WO2011141673A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Priority to NO20121334A priority patent/NO20121334A1/no
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28G—CLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
    • F28G5/00—Cleaning by distortion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/06—Derivation channels, e.g. bypass

Definitions

  • the present invention relates to the de-encreasing heat exchanger, and more particularly to the de-encreasing heat exchanger used for cooling the electrolysis cell gases during the production of aluminum.
  • the hot gas charged with dust and pollutants circulates outside and perpendicularly to the tubes in which circulates a cool heat transfer fluid.
  • the hot gas thereby cools by heat transfer to the cold heat transfer fluid which heats up.
  • a deposit of particles is formed on the outer surface of the tubes. The thickness and consistency of this deposit depend on the operating conditions and the nature of the pollutants.
  • This filter has the role of capturing the majority of the dust upstream of the heat exchanger thus limiting its fouling.
  • a continuous measurement of the pressure drop of this trap makes it possible to inform about its level of fouling and the need for its replacement or its cleaning. It may consist of a grid or a set of sieves and must be easily removable.
  • the proposed invention makes it possible to unclog the heat exchangers without these disadvantages.
  • first heat exchanger used for cooling hot gas laden with dust and pollutants, especially from igneous electrolysis cells during the manufacture of aluminum; said first heat exchanger comprising at least one tube in which circulates a cool heat transfer fluid adapted to cool the hot gas; characterized in that it comprises the following steps:
  • control device comprises one or more of the following characteristics: - A displacement of at least one dispensing member between an open position of the main circuit and closure of the bypass circuit to circulate the hot gas in the main circuit through the first heat exchanger and a position d opening of the bypass circuit and closure of the main circuit for circulating the hot gas in the bypass circuit, and
  • Stopping the flow of hot gas while maintaining the flow of cold heat transfer fluid leads to rapid cooling of the tubes of the heat exchanger.
  • These are generally made of a metal alloy, for example based on aluminum or copper. These materials have a much larger coefficient of expansion than the coefficient of expansion of the solid deposit.
  • the thermal shock that results from stopping the flow of the hot gas leads to differential expansions of the solid deposit and the tubes of the heat exchanger. This causes cracking of the solid deposit and its detachment of the tubes. Thus, pieces of solid deposit fall down the heat exchanger and can be recovered in a hopper.
  • the hot gas is at a temperature of about 120 to 180 ° C at the inlet of the heat exchanger. heat and at about 90 to 130 ° C after the heat exchanger.
  • the coolant used for cooling is usually water, with a temperature of about 40 to 70 ° C at the inlet of the heat exchanger and about 50 to 140 ° C after the heat exchanger.
  • the stop of the circulation of the hot gas through the heat exchanger is combined with the circulation in the tubes of a cooler heat transfer fluid than in operation normal.
  • a cooler heat transfer fluid For example, water at a temperature of about 20 to 40 ° C at the heat exchanger inlet.
  • the de-clogging operation by this method is fast. It is sufficient to stop the flow of hot gas for a period of about 5 to 20 minutes. It can be performed frequently, for example once every 3 to 10 days.
  • This method also has the advantage of not requiring the intervention of personnel maintenance at each unclogging operation. This is necessary only to evacuate the solid deposits collected at the bottom of the hopper when it is full.
  • the invention also consists in a device for de-fouling a first heat exchanger used for cooling hot gas charged with dust and pollutants, originating from igneous electrolysis cells during the manufacture of aluminum, said device comprising at least a first heat exchanger comprising at least one tube in which circulates a cold heat transfer fluid adapted to cool said hot gas, characterized in that it further comprises:
  • a device for lowering the temperature of the coolant capable of lowering the temperature of the heat transfer fluid during the course of de-fouling phases
  • At least one dispensing member adapted to conduct said hot gas in the main circuit during the normal operating phases and in the bypass circuit during the de-fouling phase of the first heat exchanger.
  • control device comprises one or more of the following characteristics:
  • the main circuit comprises a hopper arranged under the first heat exchanger, and a chute for collecting and evacuating the solid deposits torn off during the unclogging phases;
  • the chute comprises at least two cutting members, one of which is in the open position and the other in the closed position;
  • the temperature lowering device comprises a second heat exchanger connected to the first heat exchanger for cooling the heat transfer fluid; the second heat exchanger comprising at least one tube in which the coolant circulates; the second heat exchanger being traversed by a cooling fluid; and
  • the temperature lowering device further comprises a coolant delivery device connected to the inlet of the first heat exchanger and a coolant discharge device connected to the outlet of the first heat exchanger;
  • first distribution member arranged upstream of the first heat exchanger and a second distribution member arranged downstream of the first heat exchanger.
  • FIG. 1 represents a schematic view of a solution according to the state of the art with a filter upstream of the exchanger
  • Fig. 2 is a schematic view of the section of a tube of a heat exchanger showing an example of a solid deposit
  • - Fig. 3 is a schematic view of an exemplary embodiment of the invention
  • - Fig. 4 is a schematic view of another embodiment of the invention
  • FIG. 5 is a diagram showing the steps of the method according to the invention.
  • heat exchanger is used in the singular in the present description to designate one or more heat exchangers. These heat exchangers comprise one or more tubes or channels for circulating a heat transfer fluid.
  • FIG. 1 of the drawings we can see, schematically represented, a tabular heat exchanger 2 placed in a hot gas flow circuit 1 flowing in the direction represented by the arrow 4. Upstream of the heat exchanger 2, a filter 18 can trap the dust carried by the hot gas.
  • a cold heat transfer fluid inside the heat exchanger is shown against the current relative to the hot gas 3.
  • FIG. 2 of the drawings one can see, schematically represented, a tube 5 of the heat exchanger 2.
  • the hot gas 3 flows outside the tubes in the direction shown by the arrow 4.
  • the cold heat transfer fluid 6 circulates at the inside the tubes.
  • the tubes 5 have an ellipsoidal shape to limit the solid deposition 7 of dust and pollutants on the outer face of the tubes.
  • a de-clogging device 16 according to the invention.
  • This device 16 comprises a hot gas flow circuit 1 charged with dust and pollutants flowing in the direction represented by the arrow 4.
  • This hot gas comes from an electrolytic cell of an aluminum manufacturing device.
  • This circuit 1 is divided into a main circuit 1a comprising a first heat exchanger 2, and a bypass circuit 1b or bypass of the first heat exchanger.
  • This bypass circuit lb does not include a heat exchanger or filter.
  • the bypass circuit 1b is arranged parallel to the main circuit 1a.
  • the orientation of the hot gas to the main circuit or to the bypass circuit 1b is ensured by the combination of distribution members 8 and 9.
  • These dispensing members comprise, for example, swivel shutters, rotary valves or guillotine.
  • These distribution members 8, 9 are moved between an open position of the main circuit 1a and closure of the bypass circuit 1b to circulate the gas 3 in the main circuit 1a. through the first heat exchanger 2; and an open position of the bypass circuit 1b and closure of the main circuit 1a to circulate the gas 3 in the bypass circuit 1b.
  • the distribution members 8 and 9 are placed in the open position 8a, 9a of the main circuit 1a and the obstruction of the bypass circuit 1b.
  • the distribution members 8 and 9 are placed in the opening position 8b, 9b of the bypass circuit 1b and obstruction of the main circuit 1c containing the first heat exchanger. heat 2.
  • each normal operating phase 20 is followed by a de-fouling phase 22.
  • These phases are repeated cyclically.
  • the de-fouling phases are repeated periodically.
  • the temperature of the coolant is lowered during the phases of de-fouling.
  • a hopper 14 is placed under the first heat exchanger 2 in order to collect the solid deposits 7 of dust and pollutants formed on the walls of the tubes 5 of the first heat exchanger 2 and torn off from it during the de-fouling phases. These solid deposits 7 fall from the tubes of the first heat exchanger 2 to a discharge chute 15.
  • This is advantageously equipped with two successive cutting members 10 and 11 between which accumulate solid deposits 7 in the form of 12.
  • the cutting members 10, 11 are, for example, butterfly valves or guillotines.
  • the upper sectioning member 10 In the normal operating phase, the upper sectioning member 10 is open and the lower sectioning member 11 is closed. During the evacuation of the collected solid deposits, the upper sectioning member 10 is closed so as to avoid the escape of hot gas, before opening the lower sectioning member 11.
  • one of the disconnecting members is in the open position and the other in the closed position.
  • the lower face of the first heat exchanger 2 advantageously has a shape complementary to the shape of the hopper 14 so as to avoid preferential flow of the hot gas under the exchanger.
  • the first heat exchanger 2 has a substantially frustoconical shape.
  • Circuit 1 is constituted by a conduit.
  • the circuits la, lab are constituted by conduits.
  • the unclogging device 16 comprises dispensing members 8 and 9.
  • a first dispensing member 8 is arranged in the circuit 1 at the inlet of the circuits 1a and 1b and upstream of the first heat exchanger 2.
  • a second distribution member 9 is arranged in the circuit 1 at the output of the circuits 1a and 1b and downstream of the first heat exchanger 2.
  • the unclogging device 16 comprises the hopper 14 and the discharge chute 15.
  • the unclogging device 16 comprises a device 24 for lowering the temperature of the coolant.
  • This device 24 for lowering the temperature comprises a heat exchange loop 25.
  • This heat exchange loop 25 comprises a second heat exchanger 26 adapted to cool the coolant circulating in the first heat exchanger, a connecting pipe 30 the inlet end 27 of the first heat exchanger 2 at the outlet end 29 of the second heat exchanger, and a pipe 32 connecting the outlet end 31 of the first heat exchanger 2 to the inlet end 33 of the second heat exchanger 26.
  • the second heat exchanger 26 is, for example, constituted by one or more tubes. This tube is traversed by the coolant.
  • the second heat exchanger 26 is disposed outside the circuit 1. It is traversed by a cooling fluid suitable for cooling the heat transfer fluid.
  • the cooling fluid is constituted by ambient air.
  • the unclogging device 16 comprises a fan 28 capable of increasing the speed of passage of the second heat exchanger 26 by the cooling fluid.
  • the cooling fluid is constituted by water.
  • the fan 28 is replaced by a power recovery device.
  • 9 dispensing units are in positions 8a and 9a.
  • the hot gases charged with dust and pollutants from the igneous electrolysis tank pass through the circuit 1a and the first heat exchanger 2.
  • the heat transfer fluid is heated by the hot gases.
  • the coolant is cooled by the cooling fluid as it passes through the second heat exchanger 26.
  • the speed of the circulation of the cooling fluid is increased, thereby increasing the cooling of the coolant.
  • the increase in the speed of the cooling fluid is provided by a device 28 such as, for example, the fan 28.
  • the first 8 and the second 9 distribution members are in the positions 8b and 9b.
  • the hot gases from the igneous electrolysis cell passes through the circuit 1b.
  • the heat exchanger 2 is cleaned. Recirculation of the coolant is not stopped.
  • the coolant flows through the first 2 and the second 26 heat exchangers. It is cooled by the cooling fluid.
  • the unclogging device 16 according to the fourth embodiment of the invention is similar to the de-clogging device 16 according to the third embodiment. It further comprises a first reservoir 34 connected to the pipe 30 by a supply line 36 of heat transfer fluid.
  • the supply pipe 36 is provided with a valve 38.
  • the pipe 30 is equipped with a valve 40.
  • the first reservoir 34 contains coolant maintained at a temperature below the temperature of the coolant flowing through the exchange loop The temperature of the coolant from the first reservoir 34 is, for example, between 10 and 30 ° C.
  • the unclogging device 16 comprises a second reservoir 42 connected to the pipe 32 via a conduit 44 for discharging coolant.
  • the evacuation duct 44 is provided with a butterfly valve 46.
  • the duct 30 is equipped with a valve 48.
  • the second tank 42 is intended to receive the heat transfer fluid evacuated from the heat exchange loop 25.
  • the unclogging device 16 has no second reservoir 42 and the evacuation conduit 44 is connected to the first reservoir 34.
  • first and the second tanks 34, 42 are replaced by a heat transfer fluid distribution network.
  • the valves 40 and 48 are open, the valves 38 and 46 are closed and the first 8 and the second 9 distribution members are in the positions 8a and 9a.
  • the heat transfer fluid passes through the first heat exchanger 2. It is cooled by the hot gas which passes through the duct 1a. Then, the coolant flows through the second heat exchanger 26. It is then cooled by the coolant.
  • the first 8 and the second 9 distribution members are in the positions 8b and 9b.
  • the hot gases charged with dust and pollutants pass through the bypass duct 1b.
  • the heat exchanger 2 is cleaned, for example, by not shown water jets.
  • the valves 40 and 48 are closed.
  • the valves 38 and 46 are open.
  • the "new" cold heat transfer fluid from the first reservoir 34 is injected into the heat exchange loop 25, while the “old” heat transfer fluid from the heat exchange loop 25 is discharged to the second reservoir 42.

Landscapes

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Abstract

Procédé de désencrassement d'échangeur de chaleur utilisé pour le refroidissement de gaz chargé en poussières et polluants, provenant notamment de cuves d'électrolyse ignée lors de la fabrication d'aluminium; ledit échangeur de chaleur comportant au moins un tube dans lequel circule un fluide caloporteur apte à refroidir le gaz; caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - circulation du gaz dans un circuit principal au cours de phases de fonctionnement normal (20), ledit échangeur de chaleur étant agencé dans ledit circuit principal, et - circulation du gaz dans un circuit de by-pass de F échangeur de chaleur au cours de phases de désencrassement (22).

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE DESENCRASSEMENT D'ECHANGEUR
DE CHALEUR
La présente invention est relative au désencrassement d'échangeur de chaleur, et plus particulièrement au désencrassement d'échangeur de chaleur utilisé pour le refroidissement des gaz de cuves d'électrolyse lors de la production d'aluminium.
Les échangeurs de chaleur utilisés pour le refroidissement de gaz chargés en poussières et en composants gazeux susceptibles de se condenser sur les parois de l'échangeur et de constituer un dépôt solide, s'encrassent pendant leur fonctionnement. Les dépôts solides obtenus ayant généralement une faible conductivité thermique, leur accumulation sur les tubes des échangeurs conduit à diminuer leur efficacité thermique. Dans la suite de ce document, nous désignerons par le terme générique
« polluants » les composants gazeux susceptibles de se condenser sur les parois de l'échangeur et de constituer avec les poussières un dépôt solide. Nous utiliserons également l'expression « le gaz » pour désigner les gaz chauds à refroidir, qu'il s'agisse d'un gaz unique ou d'un mélange de gaz.
Pour ce type d'application, le gaz chaud chargé en poussières et polluants circule à l'extérieur et perpendiculairement aux tubes dans lesquels circule un fluide caloporteur froid. Le gaz chaud se refroidit ainsi par transfert de chaleur vers le fluide caloporteur froid qui s'échauffe. Pendant ce fonctionnement, un dépôt de particules se forme sur la surface externe des tubes. L'épaisseur et la consistance de ce dépôt dépendent des conditions d'exploitation et de la nature des polluants.
Pour limiter la formation de dépôt de poussières et polluants sur la surface extérieure des tubes d'échangeur, il est communément mis en place un filtre en amont de l'échangeur.
Ce filtre a pour rôle de capter la majorité des poussières en amont de l'échangeur de chaleur limitant ainsi son encrassement. Une mesure en continu de la perte de charge de ce piège permet d'informer sur son niveau d'encrassement et sur la nécessité de son remplacement ou de son nettoyage. Il peut être constitué d'une grille ou d'un ensemble de tamis et doit être facilement démontable.
Parfois, deux filtres sont placés en parallèles sur deux circuits distincts alimentant alternativement l'échangeur. Des organes d'isolement placés en amont et en aval des filtres permettent de procéder au démontage d'un filtre disposé dans un circuit et à son nettoyage tout en conservant un fonctionnement normal dans l'autre circuit. En d'autres termes, l'ensemble du gaz chaud traverse un unique filtre, lors du remplacement de l'autre filtre. Pour le refroidissement des gaz provenant de cuves d'électrolyse ignée lors de la fabrication d'aluminium, cette solution n'est pas satisfaisante car l'encrassement du filtre est rapide et nécessite de fréquentes interventions du personnel de maintenance.
L'invention proposée permet de réaliser le désencrassement des échangeurs de chaleur sans ces inconvénients.
Elle consiste principalement en un procédé de désencrassement d'un premier échangeur de chaleur utilisé pour le refroidissement de gaz chaud chargé en poussières et polluants, provenant notamment de cuves d'électrolyse ignée lors de la fabrication d'aluminium ; ledit premier échangeur de chaleur comportant au moins un tube dans lequel circule un fluide caloporteur froid apte à refroidir le gaz chaud; caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- circulation du gaz chaud dans un circuit principal au cours de phases de fonctionnement normal, ledit premier échangeur de chaleur étant agencé dans ledit circuit principal, des dépôts solides de poussières et polluants étant formés sur les parois du tube du premier échangeur de chaleur ; et
- circulation du gaz dans un circuit de by-pass du premier échangeur de chaleur et abaissement de la température du fluide caloporteur au cours de phases de désencrassement ; le choc thermique résultant de l'arrêt de l'écoulement du gaz chaud conduisant à des dilatations différentes entre les dépôts solides et le tube du premier échangeur de chaleur ; ces dilatations provoquant le craquage des dépôts solides et leur décollement du tube du premier échangeur de chaleur.
Suivant des modes particuliers de réalisation le dispositif de commande comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - un déplacement d'au moins un organe de distribution entre une position d'ouverture du circuit principal et de fermeture du circuit de by-pass pour faire circuler le gaz chaud dans le circuit principal au travers du premier échangeur de chaleur et une position d'ouverture du circuit de by-pass et de fermeture du circuit principal pour faire circuler le gaz chaud dans le circuit de by-pass ;et
les phases de désencrassement sont répétées périodiquement.
L'arrêt de la circulation du gaz chaud tout en maintenant l'écoulement du fluide caloporteur froid conduit à un refroidissement rapide des tubes de l'échangeur de chaleur. Ceux-ci sont généralement réalisés dans un alliage métallique, par exemple à base d'aluminium ou de cuivre. Ces matériaux ont un coefficient de dilatation beaucoup plus important que le coefficient de dilatation du dépôt solide. Le choc thermique qui résulte de l'arrêt de l'écoulement du gaz chaud conduit à des dilatations différentielles du dépôt solide et des tubes de l'échangeur de chaleur. Cela provoque le craquage du dépôt solide et son décollement des tubes. Ainsi, des morceaux de dépôt solide tombent en bas de l'échangeur de chaleur et peuvent être récupérés dans une trémie.
A titre d'exemple, pour le refroidissement du gaz provenant de cuves d'électrolyse ignée lors de la fabrication d'aluminium, le gaz chaud est à une température d'environ 120 à 180°C à l'entrée de l'échangeur de chaleur et à environ 90 à 130°C après l'échangeur de chaleur. Le fluide caloporteur utilisé pour le refroidissement est généralement de l'eau, avec une température d'environ 40 à 70°C à l'entrée de l'échangeur de chaleur et à environ 50 à 140°C après l'échangeur de chaleur.
Avantageusement, pendant la phase de désencrassement de l'échangeur de chaleur, l'arrêt de la circulation du gaz chaud au travers de l'échangeur de chaleur est combiné à la circulation dans les tubes d'un fluide caloporteur plus froid qu'en fonctionnement normal. Par exemple, une eau à une température d'environ 20 à 40°C en entrée d' échangeur de chaleur.
L'opération de désencrassement par ce procédé est rapide. Il suffit en effet d'arrêter l'écoulement du gaz chaud pendant une durée d'environ 5 à 20 minutes. Elle peut être réalisée fréquemment, par exemple une fois tous les 3 à 10 jours. Ce procédé présente également l'avantage de ne pas nécessiter l'intervention du personnel d'entretien à chaque opération de désencrassement. Celle-ci n'est nécessaire que pour évacuer les dépôts solides recueillis au fond de la trémie lorsqu'elle est remplie.
Les observations que nous avons réalisées montrent, de manière surprenante, que lors de la mise en œuvre du procédé selon l'invention, les dépôts solides se détachent en petits morceaux, comme des écailles, qu'il est facile de collecter et d'évacuer.
L'invention consiste également en un dispositif de désencrassement d'un premier échangeur de chaleur utilisé pour le refroidissement de gaz chaud chargé en poussières et polluants, provenant de cuves d'électrolyse ignée lors de la fabrication d'aluminium, ledit dispositif comprenant au moins un premier échangeur de chaleur comportant au moins un tube dans lequel circule un fluide caloporteur froid apte à refroidir ledit gaz chaud , caractérisé en ce qu'il comprend en outre :
- un circuit principal dans lequel ledit premier échangeur de chaleur est agencé, ledit gaz chaud étant propre à circuler dans ledit circuit principal lors de phases de fonctionnement normal ; des dépôts solides de poussières et polluants étant formés sur les parois du tube du premier échangeur de chaleur ;
- un circuit de by-pass du premier échangeur de chaleur dans lequel ledit gaz chaud circule pendant des phases de désencrassement dudit premier échangeur de chaleur ; le choc thermique résultant de l'arrêt de l'écoulement du gaz chaud conduit à des dilatations différentes entre les dépôts solides et le tube du premier échangeur de chaleur, ces dilatations provoquant le craquage des dépôts solides et leur décollement du tube du premier échangeur de chaleur ;
- un dispositif d'abaissement de la température du fluide caloporteur propre à abaisser la température du fluide caloporteur, au cours de phases de désencrassement; et
- au moins un organe de distribution apte à conduire ledit gaz chaud dans le circuit principal pendant les phases de fonctionnement normal et dans le circuit de by- pass pendant les phases de désencrassement du premier échangeur de chaleur.
Suivant des modes particuliers de réalisation le dispositif de commande comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- le circuit principal comprend une trémie disposée sous le premier échangeur de chaleur, et une goulotte pour collecter et évacuer les dépôts solides arrachées lors des phases de désencrassement ; - la goulotte comprend au moins deux organes de sectionnement dont l'un est en position ouverte et l'autre en position fermée ;
- le dispositif d'abaissement de la température comporte un deuxième échangeur de chaleur relié au premier échangeur de chaleur pour refroidir le fluide caloporteur ; le deuxième échangeur de chaleur comportant au moins un tube dans lequel circule le fluide caloporteur ; le deuxième échangeur de chaleur étant traversé par un fluide de refroidissement ; et
- le dispositif d'abaissement de la température comporte en outre un dispositif d'amené du fluide caloporteur connecté à l'entrée du premier échangeur de chaleur et un dispositif d'évacuation de fluide caloporteur connecté à la sortie du premier échangeur de chaleur ;
- il comporte un premier organe de distribution agencé en amont du premier échangeur de chaleur et un deuxième organe de distribution agencé en aval du premier échangeur de chaleur.
L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation, décrits avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins :
- Fig.l représente une vue schématique d'une solution selon l'état de la technique avec un filtre en amont de Γ échangeur,
Fig. 2 représente une vue schématique de la section d'un tube d'un échangeur de chaleur montrant un exemple de dépôt solide,
- Fig. 3 représente une vue schématique d'un exemple de réalisation de l'invention ; - Fig. 4 représente une vue schématique d'un autre exemple de réalisation de l'invention ;
- Fig. 5 est un diagramme représentant les étapes du procédé selon l'invention ;
- Fig. 6 est un schéma d'un troisième mode de réalisation de l'invention ; et - Fig. 7 est un schéma d'un quatrième mode de réalisation de l'invention. Le terme « échangeur de chaleur » est employé au singulier dans la présente description pour désigner un ou plusieurs échangeurs de chaleur. Ces échangeurs de chaleur comprennent un ou plusieurs tubes ou canaux de circulation d'un fluide caloporteur.
En se reportant à la Fig. 1 des dessins, on peut voir, schématiquement représenté, un échangeur de chaleur 2 tabulaire placé dans un circuit 1 d'écoulement de gaz chaud 3 circulant selon la direction représentée par la flèche 4. En amont de l'échangeur de chaleur 2, un filtre 18 permet de piéger les poussières portées par le gaz chaud. Sur cette figure, uniquement à titre d'exemple, l'écoulement d'un fluide caloporteur froid à l'intérieur de l'échangeur de chaleur est représenté à contre courant par rapport au gaz chaud 3.
En se reportant à la Fig. 2 des dessins, on peut voir, schématiquement représenté, un tube 5 de l'échangeur de chaleur 2. Le gaz chaud 3 circule à l'extérieur des tubes selon la direction représentée par la flèche 4. Le fluide caloporteur froid 6 circule à l'intérieur des tubes. Les tubes 5 ont une forme ellipsoïdale pour limiter le dépôt solide 7 de poussières et polluants sur la face extérieure des tubes. En se reportant à la Fig. 3 des dessins, on peut voir, schématiquement représenté, un dispositif de désencrassement 16 selon l'invention. Ce dispositif 16 comporte un circuit 1 d'écoulement de gaz chaud chargé en poussières et polluants circulant selon la direction représentée par la flèche 4. Ce gaz chaud provient d'une cuve d'électrolyse d'un dispositif de fabrication d'aluminium.
Ce circuit 1 se divise en un circuit principal la comprenant un premier échangeur de chaleur 2, et un circuit de by-pass lb ou de contournement de du premier échangeur de chaleur. Ce circuit de by-pass lb ne comporte pas d'échangeur de chaleur ou de filtre. Le circuit de by-pass lb est disposé parallèlement au circuit principal la.
Dans cet exemple de réalisation, l'orientation du gaz chaud vers le circuit principal la ou vers le circuit de by-pass lb est assurée par la combinaison d'organes de distribution 8 et 9. Ces organes de distribution comprennent, par exemple, des volets pivotants, des vannes rotatives ou une guillotine. Ces organes de distribution 8, 9 sont déplacés entre une position d'ouverture du circuit principal la et de fermeture du circuit de by-pass lb pour faire circuler le gaz 3 dans le circuit principal la au travers du premier échangeur de chaleur 2 ; et une position d'ouverture du circuit de by-pass lb et de fermeture du circuit principal la pour faire circuler le gaz 3 dans le circuit de by-pass lb. En référence à la figure 5, en phase de fonctionnement dit normal 20, les organes de distribution 8 et 9 sont placés en position 8a, 9a d'ouverture du circuit principal la et d'obstruction du circuit de by-pass lb. Pendant les phases 22 de désencrassement du premier échangeur de chaleur 2, les organes de distribution 8 et 9 sont placés en position 8b, 9b d'ouverture du circuit de by-pass lb et d'obstruction du circuit principal la contenant le premier échangeur de chaleur 2.
Comme visible sur la figure 5, chaque phase de fonctionnement normal 20 est suivie d'une phase de désencrassement 22. Ces phases sont répétées cycliquement. Avantageusement selon l'invention, les phases de désencrassement sont répétées périodiquement.
Avantageusement selon l'invention, la température du fluide caloporteur est abaissée pendant les phases de désencrassement.
Selon l'exemple de réalisation représenté sur la Fig. 4, une trémie 14 est placée sous le premier échangeur de chaleur 2 afin de collecter les dépôts solides 7 de poussières et polluants formés sur les parois des tubes 5 du premier échangeur de chaleur 2 et arrachés de celui-ci lors des phases de désencrassement. Ces dépôts solides 7 tombent des tubes du premier échangeur de chaleur 2 vers une goulotte d'évacuation 15. Celle-ci est avantageusement équipée de deux organes de sectionnement successifs 10 et 11 entre lesquels s'accumulent les dépôts solides 7 sous la forme d'un monticule 12. Les organes de sectionnement 10, 11 sont, par exemple, des vannes papillons ou des guillotines.
En phase de fonctionnement normal, l'organe de sectionnement supérieur 10 est ouvert et l'organe de sectionnement inférieur 11 est fermé. Lors de l'évacuation des dépôts solides collectés, l'organe de sectionnement supérieur 10 est fermé de sorte d'éviter l'échappement de gaz chaud, avant d'ouvrir l'organe de sectionnement inférieur 11. Ainsi, pendant une phase de fonctionnement normal ou pendant une phase de désencrassement, l'un des organes de sectionnement est en position ouverte et l'autre en position fermée. Comme représenté sur la Fig. 3, la face inférieure du premier échangeur de chaleur 2 présente avantageusement une forme complémentaire à la forme de la trémie 14 de sorte d'éviter un écoulement préférentiel du gaz chaud sous l'échangeur. Ainsi, dans l'exemple représenté, le premier échangeur de chaleur 2 présente une forme sensiblement tronconique.
Le circuit 1 est constitué par un conduit. De même, les circuits la, lab sont constitués par des conduits. Le dispositif de désencrassement 16 comporte des organes de distribution 8 et 9. En particulier, un premier organe de distribution 8 est agencé dans le circuit 1 au niveau de l'entrée des circuits la et lb et en amont du premier échangeur de chaleur 2. Un second organe de distribution 9 est agencé dans le circuit 1 au niveau de la sortie des circuits la et lb et en aval du premier échangeur de chaleur 2.
Le dispositif de désencrassement 16 comporte la trémie 14 et la goulotte d'évacuation 15.
En référence à la figure 6, le dispositif de désencrassement 16 selon le troisième mode de réalisation de l'invention comporte un dispositif 24 d'abaissement de la température du fluide caloporteur. Ce dispositif 24 d'abaissement de la température comporte une boucle d'échange thermique 25. Cette boucle d'échange thermique 25 comprend un deuxième échangeur de chaleur 26 propre à refroidir le fluide caloporteur circulant dans le premier échangeur de chaleur, une conduite 30 reliant l'extrémité d'entrée 27 du premier échangeur de chaleur 2 à l'extrémité de sortie 29 du deuxième échangeur de chaleur, et une conduite 32 reliant l'extrémité de sortie 31 du premier échangeur de chaleur 2 à l'extrémité d'entrée 33 du deuxième échangeur de chaleur 26. Le deuxième échangeur de chaleur 26 est, par exemple, constitué par un ou plusieurs tubes. Ce tube est parcouru par le fluide caloporteur. Le deuxième échangeur de chaleur 26 est disposé à l'extérieur du circuit 1. Il est traversé par un fluide de refroidissement propre à refroidir le fluide caloporteur.
De préférence, le fluide de refroidissement est constitué par de l'air ambiant. De préférence, le dispositif de désencrassement 16 comporte un ventilateur 28 propre à augmenter la vitesse de traversé du deuxième échangeur de chaleur 26 par le fluide de refroidissement. En variante, le fluide de refroidissement est constitué par de l'eau.
En variante, le ventilateur 28 est remplacé par un dispositif de récupération d'énergie. Au cours des phases de fonctionnement normal 20, le premier 8 et le deuxième
9 organes de distribution sont dans les positions 8a et 9a. Les gaz chaud chargés en poussières et en polluants provenant de la cuve d'électrolyse ignée, traversent le circuit la et le premier échangeur de chaleur 2. Le fluide caloporteur est réchauffé par les gaz chaud. Puis, le fluide caloporteur est refroidi par le fluide de refroidissement, lors de son passage dans le deuxième échangeur de chaleur 26.
Avantageusement, la vitesse de la circulation du fluide de refroidissement est augmentée, pour ainsi augmenter le refroidissement du fluide caloporteur. L'augmentation de la vitesse du fluide de refroidissement est assurée par un dispositif 28 tel que, par exemple, le ventilateur 28.
Au cours des phases de désencrassement 22, le premier 8 et le deuxième 9 organes de distribution sont dans les positions 8b et 9b. Les gaz chaud provenant de la cuve d'électrolyse ignée traverse le circuit lb. L' échangeur de chaleur 2 est nettoyé. La recirculation du fluide caloporteur n'est pas arrêtée. Le fluide caloporteur parcourt le premier 2 et le deuxième 26 échangeurs de chaleur. Il est refroidit par le fluide de refroidissement.
En référence à la figure 7, le dispositif de désencrassement 16 selon le quatrième mode de réalisation de l'invention est similaire au dispositif de désencrassement 16 selon le troisième mode de réalisation. Il comporte en outre un premier réservoir 34 relié à la conduite 30 par une conduite d'amené 36 de fluide caloporteur. La conduite d'amené 36 est munie d'une vanne 38. La conduite 30 est équipée d'une vanne 40. Le premier réservoir 34 contient du fluide caloporteur maintenu à une température inférieure à la température du fluide caloporteur parcourant la boucle d'échange thermique 25. La température du fluide caloporteur provenant du premier réservoir 34 est, par exemple, comprise entre 10 et 30°C. De façon similaire, le dispositif de désencrassement 16 comporte un deuxième réservoir 42 relié à la conduite 32 par une conduite 44 d'évacuation de fluide caloporteur. La conduite d'évacuation 44 est munie d'une vanne papillon 46. La conduite 30 est équipée d'une vanne 48. Le deuxième réservoir 42 est destiné à recevoir le fluide caloporteur évacué de la boucle d'échange thermique 25.
En variante, le dispositif de désencrassement 16 ne comporte pas de deuxième réservoir 42 et la conduite d'évacuation 44 est reliée au premier réservoir 34.
En variante, le premier et le deuxième réservoirs 34, 42 sont remplacés par un réseau de distribution de fluide caloporteur.
Au cours des phases de fonctionnement normal 20, les vannes 40 et 48 sont ouvertes, les vannes 38 et 46 sont fermées et le premier 8 et le deuxième 9 organes de distribution sont dans les positions 8a et 9a. Le fluide caloporteur traverse le premier échangeur de chaleur 2. Il est refroidit par les gaz chaud qui traverse le conduit la. Puis, le fluide caloporteur parcourt le deuxième échangeur de chaleur 26. Il est alors refroidit par le liquide de refroidissement.
Au cours des phases de désencrassement 22, le premier 8 et le deuxième 9 organes de distribution sont dans les positions 8b et 9b. Les gaz chaud chargés en poussières et en polluants passent par le conduit de by-pass lb. L'échangeur de chaleur 2 est nettoyé, par exemple, par des jets d'eau non représentés. Les vannes 40 et 48 sont fermées. Les vannes 38 et 46 sont ouvertes. Du « nouveau » fluide caloporteur froid provenant du premier réservoir 34 est injecté dans la boucle d'échange thermique 25, tandis que « l'ancien » fluide caloporteur de la boucle d'échange thermique 25 est évacué vers le deuxième réservoir 42.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de désencrassement d'un premier échangeur de chaleur (2) utilisé pour le refroidissement de gaz chaud chargé en poussières et polluants, provenant de cuves d'électrolyse ignée lors de la fabrication d'aluminium ; ledit premier échangeur de chaleur (2) comportant au moins un tube (5) dans lequel circule un fluide caloporteur (6) froid apte à refroidir le gaz chaud (3) ; caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- circulation du gaz chaud (3) dans un circuit principal (la) au cours de phases de fonctionnement normal, ledit premier échangeur de chaleur (2) étant agencé dans ledit circuit principal (la), des dépôts solides (7) de poussières et polluants étant formés sur les parois du tube (5) du premier échangeur de chaleur (2) ; et
- circulation du gaz (3) dans un circuit de by-pass (lb) du premier échangeur de chaleur (2) et abaissement de la température du fluide caloporteur (6) au cours de phases de désencrassement (22) ; le choc thermique résultant de l'arrêt de l'écoulement du gaz chaud conduisant à des dilatations différentes entre les dépôts solides (7) et le tube (5) du premier échangeur de chaleur (2) ; ces dilatations provoquant le craquage des dépôts solides (7) et leur décollement du tube (5) du premier échangeur de chaleur (2).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un déplacement d'au moins un organe de distribution (8, 9) entre une position d'ouverture du circuit principal (la) et de fermeture du circuit de by-pass (lb) pour faire circuler le gaz chaud (3) dans le circuit principal (la) au travers du premier échangeur de chaleur (2) et une position d'ouverture du circuit de by-pass (lb) et de fermeture du circuit principal (la) pour faire circuler le gaz chaud (3) dans le circuit de by-pass (lb).
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les phases de désencrassement (22) sont répétées périodiquement.
4. Dispositif (16) de désencrassement d'échangeur de chaleur (2) utilisé pour le refroidissement de gaz chaud chargé en poussières et polluants, provenant de cuves d'électrolyse ignée lors de la fabrication d'aluminium, ledit dispositif (16) comprenant au moins un premier échangeur de chaleur (2) comportant au moins un tube (5) dans lequel circule un fluide caloporteur (6) froid apte à refroidir ledit gaz chaud (3) , caractérisé en ce qu'il comprend en outre : - un circuit principal (la) dans lequel ledit premier échangeur de chaleur (2) est agencé, ledit gaz chaud (3) étant propre à circuler dans ledit circuit principal (la) lors de phases de fonctionnement normal (20) ; des dépôts solides (7) de poussières et polluants étant formés sur les parois du tube (5) du premier échangeur de chaleur (2) ;
- un circuit de by-pass (lb) du premier échangeur de chaleur (2) dans lequel ledit gaz chaud (3) circule pendant des phases de désencrassement (22) dudit premier échangeur de chaleur (2) ; le choc thermique résultant de l'arrêt de l'écoulement du gaz chaud conduit à des dilatations différentes entre les dépôts solides et le tube (5) du premier échangeur de chaleur (2), ces dilatations provoquant le craquage des dépôts solides (7) et leur décollement du tube (5) du premier échangeur de chaleur (2) ;
- un dispositif d'abaissement (24) de la température du fluide caloporteur (6) propre à abaisser la température du fluide caloporteur (6), au cours de phases de désencrassement (22) ; et
- au moins un organe de distribution (8) apte à conduire ledit gaz chaud (3) dans le circuit principal (la) pendant les phases de fonctionnement normal (20) et dans le circuit de by-pass (lb) pendant les phases de désencrassement (22) du premier échangeur de chaleur (2).
5. Dispositif (16) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit principal (la) comprend une trémie (14) disposée sous le premier échangeur de chaleur (2), et une goulotte (15) pour collecter et évacuer les dépôts solides (7) arrachées lors des phases de désencrassement (22).
6. Dispositif (16) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la goulotte (15) comprend au moins deux organes de sectionnement (10) et (11) dont l'un est en position ouverte et l'autre en position fermée.
7. Dispositif (16) selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le dispositif d'abaissement (24) de la température comporte un deuxième échangeur de chaleur (26) relié au premier échangeur de chaleur (2) pour refroidir le fluide caloporteur ; le deuxième échangeur de chaleur (26) comportant au moins un tube dans lequel circule le fluide caloporteur ; le deuxième échangeur de chaleur (26) étant traversé par un fluide de refroidissement.
8. Dispositif (16) selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le dispositif d'abaissement (24) de la température comporte en outre un dispositif d'amené (34) du fluide caloporteur connecté à l'extrémité d'entrée (30) du premier échangeur de chaleur (2) et un dispositif d'évacuation (42) de fluide caloporteur connecté à l'extrémité de sortie (31) du premier échangeur de chaleur (2).
9. Dispositif (16) selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un premier organe de distribution (8) agencé en amont du premier échangeur de chaleur (2) et un deuxième organe de distribution (9) agencé en aval du premier échangeur de chaleur (2).
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