FR2694382A1

FR2694382A1 - Low temperature boiler - utilises radiant panels to heat fluid circulating in plate exchangers with preheating in tube bundle

Info

Publication number: FR2694382A1
Application number: FR9209862A
Authority: FR
Inventors: Chaussonnet Pierre
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-08-03
Filing date: 1992-08-03
Publication date: 1994-02-04
Anticipated expiration: 2012-08-03
Also published as: FR2694382B1

Abstract

The boiler has radiant panels (3) for heating a fluid circulating in plate exchangers (7). The latent heat of the combustion gases is used for heating a recuperator tube bundle (8) in which circulates the fluid before passing into the plate exchanger. The plate exchanger (7) forms, with the walls which carry the radiant panels (3), channels (2) for the catalytic combustion gases. The plate exchangers (7) are cooled by the passage of the circulating fluid in order to reduce radiation from the plates towards the radiant panels. This avoids overheating of the primary air combustible mixture (4) which would cause auto ignition. ADVANTAGE - The operating temperature reduces the production of NOx gases.

Description

La présente invention concerne un système de chaudière à basse température à panneaux radiants catalytiques pour la production de chaleur pour utiliser l'énergie thermique par l'intermédiaire d'un fluide caloporteur.Ce système est conçu en relation avec le brevet d'invention ,demande n"91 11083 déposé en France le 02 09 91 au nom de CHAUSSONNET Pierre. The present invention relates to a low temperature boiler system with catalytic radiant panels for the production of heat for using thermal energy via a heat transfer fluid. This system is designed in relation to the invention patent, application n "91 11083 filed in France on 02 09 91 in the name of CHAUSSONNET Pierre.

Traditionnellement la production de chaleur est obtenue dans une chaudière par combustion de produits combustibles par l'intermédiaire d'un bruleur ,le transfert thermique s'effectuant par rayonnement de la flamme et convexion des gaz de combustion et enlèvement de l'énergie transférée à l'aide d'un fluide caloporteur circulant dans des tubes ou des plaques d'échange. Traditionally heat production is obtained in a boiler by combustion of combustible products via a burner, the heat transfer being effected by radiation of the flame and convection of combustion gases and removal of the energy transferred to the 'using a heat transfer fluid circulating in tubes or exchange plates.

Traditionnellement les températures de flammes sont très élevées pour obtenir un rayonnement intense et favoriser l'échange thermique.En contre partie il est nécéssaire de sélectionner soigneusement les matériaux en contact avec la flamme,de bien calorifuger les parois extérieures et de contrôler les apports d'air au bruleur pour limiter la formation des NOx
Le dispositif selon l'invention permet d'atténuer ces impératifs en favorisant l'échange thermique par une combustion catalytique à température modérée pouvant varier par exemple dans certains cas entre 350 et 700 e C cette plage étant donnée à titre indicatif et ne constituant pas une limite du système.Traditionally the flame temperatures are very high to obtain an intense radiation and to favor the heat exchange. On the other hand it is necessary to carefully select the materials in contact with the flame, to insulate well the external walls and to control the contributions of air in the burner to limit the formation of NOx
The device according to the invention makes it possible to attenuate these imperatives by promoting heat exchange by catalytic combustion at moderate temperature which can vary for example in certain cases between 350 and 700 ° C. this range being given as an indication and not constituting a system limit.

Le système est caractérisé en ce qu'il comporte-une enceinte constituant le corps de la chaudière sur laquelle sont fixés les panneaux radiants catalytiques.A l'intérieur de l'enceinte, des plaques d'échange dans lesquelles circulent le fluide caloporteur sont soumises au rayonnement de la face rayonnante des panneaux radiants catalytiques. The system is characterized in that it comprises an enclosure constituting the body of the boiler on which the catalytic radiant panels are fixed. Inside the enclosure, exchange plates in which the heat transfer fluid circulates are subjected radiation from the radiating face of the catalytic radiant panels.

Le système est caractérisé en ce que les plaques d'échange forment avec les parois de l'enceinte des carneaux de circulation des gaz de la combustion catalytique qui, à la sortie de ces carneaux, sont envoyés sur un faisceau tubulaire dont les tubes sont parcourus par le meme fluide caloporteur afin de récupérer la chaleur latente des gaz de la combustion catalytique . The system is characterized in that the exchange plates form with the walls of the enclosure flues for the circulation of catalytic combustion gases which, at the outlet of these flues, are sent over a tubular bundle whose tubes are traversed by the same heat transfer fluid in order to recover the latent heat of the gases of catalytic combustion.

Le système est caractérisé en ce que les tubes du faisceau tubulaire de récupération de la chaleur latente des gaz de la combustion catalytique servent à préchauffer le fluide caloporteur avant son entrée dans les plaques d'échange où il sera chauffé complémentairement par rayonnement des panneaux radiants catalytiques. The system is characterized in that the tubes of the tubular bundle for recovering the latent heat of the gases from the catalytic combustion serve to preheat the heat transfer fluid before it enters the exchange plates where it will be additionally heated by radiation from the catalytic radiant panels. .

Le système est caractérisé en ce que les panneaux radiants catalytiques sont alimentés ,en amont de la face rayonnante ,par un mélange air primaire et combustible ce dernier pouvant par exemple être du gaz naturel ou encore du fioule ou encore de l'alcool ,cette énumération n'étant pas limitative. The system is characterized in that the catalytic radiant panels are supplied, upstream of the radiating face, by a mixture of primary air and fuel, the latter possibly being, for example, natural gas or fuel oil or alcohol, this list not being limiting.

Le système est caractérisé en ce que le mélange air primaire -combustible est refroidi en permanence en amont des panneaux radiants catalytiques par une circulation du fluide caloporteur de la chaudière avant son entrée dans le faisceau tubulaire, ou encore par un fluide indépendant. The system is characterized in that the primary air-fuel mixture is continuously cooled upstream of the catalytic radiant panels by a circulation of the heat-transfer fluid from the boiler before it enters the tube bundle, or by an independent fluid.

Le système est caractérisé en ce que la température des plaques d'échange chauffées par rayonnement des panneaux radiants est maintenue, par régulation du débit du fluide caloporteur , à une valeur telle que leur rayonnement vers les panneaux radiants n'induise pas la mise en température du mélange air primaire-combustible à une valeur pouvant provoquer son auto-inflammation en amont de la face
Le système est caractérisé en ce que les gaz de la combustion catalytique passent sur les tubes de préchauffage, en aval des plaques d'échange ,soit par convexion naturelle soit par convexion forcée.The system is characterized in that the temperature of the exchange plates heated by radiation from the radiant panels is maintained, by regulating the flow of the heat-transfer fluid, at a value such that their radiation towards the radiant panels does not induce the temperature rise of the primary air-fuel mixture to a value capable of causing it to self-ignite upstream of the face
The system is characterized in that the gases from the catalytic combustion pass over the preheating tubes, downstream of the exchange plates, either by natural convection or by forced convection.

En accord avec les conditions détaillées ci-dessus le système selon l'invention offre les avantages suivants:Il est applicable aux combustibles liquides ou gazeux dans une gamme de puissance thermique très large pouvant aller de quelques kW à plusieurs MW par mise en série et en parallèle des panneaux radiants catalytiques et des plaques d'échange,il n impose pas la mise en place d'une structure d'isolation en briques réfractaires ,la quantité d'air nécéssaire à la combustion catalytique est aux conditions stoechiométrique ce qui, en conjonction avec la température modérée de la combustion catalytique , évite la production de NOx pout en garantissant un bon rendement de récupération thermique. In accordance with the conditions detailed above, the system according to the invention offers the following advantages: It is applicable to liquid or gaseous fuels in a very wide range of thermal power which can go from a few kW to several MW by series connection and in parallel to the catalytic radiant panels and exchange plates, it does not require the installation of an insulation structure of refractory bricks, the amount of air necessary for catalytic combustion is under stoichiometric conditions which, in conjunction with the moderate temperature of catalytic combustion, avoids the production of NOx pout by guaranteeing a good heat recovery efficiency.

Pour faciliter la compréhension du système selon l'invention il est représenté dans les planches 1/3,2/3,3/3, à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs des formes préférées de réalisation industrielle:
Les planches 1/3 et 3/3 coupe XX représentent schématiquement une chaudière comportant 2 plaques d'échange 7 et un faisceau tubulaire 8 incorporé.De part et d'autre de l'ensemble que constituent les plaques d'échange et le faisceau sont disposés les panneaux radiants catalytiques 3 disposés sur les dessins de façon symétrique.Les plaques d'échange et les parois de l'enceinte portant les panneaux radiants constituent des carneaux 2 dans lesquels les gaz de la combustion circulent pour pénétrer dans le corps de chauffe 1 où se trouve le faisceau tubulaire 8.Les gaz de la combustion sont envoyés,après passage dans le faisceau tubulaire et refroidissement , vers l'extérieur de la chaudière par l'ouverture repère E .Les panneaux catalytiques 3 sont enfermés dans les boites 4 et sont alimentés en mélange air primaire combustible par des canalisations représentées schématiquement par la tubulure 5.Les canalisations d'alimentation 5 traversent une boite de refroidissement 6 alimentée en fluide caloporteur qui entre dans la boite au repère A et sort au repère B pour alimenter ensuite ,dans notre représentation, le faisceau tubulaire 8 au repère C.To facilitate the understanding of the system according to the invention, it is shown in plates 1 / 3,2 / 3,3 / 3, by way of purely illustrative and non-limiting examples of the preferred industrial embodiments:
Boards 1/3 and 3/3 section XX schematically represent a boiler comprising 2 exchange plates 7 and a tubular bundle 8 incorporated. On either side of the assembly which constitute the exchange plates and the bundle are arranged the catalytic radiant panels 3 arranged in the drawings in a symmetrical manner. The exchange plates and the walls of the enclosure carrying the radiant panels constitute flues 2 in which the combustion gases circulate to penetrate the heating body 1 where the tube bundle is located 8. The combustion gases are sent, after passage through the tube bundle and cooling, to the outside of the boiler through the opening marked E. The catalytic panels 3 are enclosed in the boxes 4 and are supplied with a combustible primary air mixture through pipes represented schematically by the pipe 5. The supply pipes 5 pass through a cooling box. ent 6 supplied with heat transfer fluid which enters the box at mark A and leaves at mark B to then supply, in our representation, the tubular bundle 8 at mark C.

Le fluide de refroidissement des tubulures du mélange combustible peut ne pâs être celui de la chaudière et constituer un réseau indépendant.The coolant in the fuel mixture pipes may not be that of the boiler and constitute an independent network.

Le faisceau tubulaire est raccordé aux plaques d'échange pour assurer la continuité du circuit du fluide caloporteur qui, après l'échauffement complémentaire par le rayonnement des panneaux radiants,sort de la chaudière au repère D.The tube bundle is connected to the exchange plates to ensure the continuity of the circuit of the heat transfer fluid which, after the additional heating by the radiation of the radiant panels, leaves the boiler at mark D.

Selon la représentation schématique des planches 1/3 et 3/3 les plaques d'échange sont fixées par joints et boulonnage sur le corps de la chaudière qui dans notre représentation est dessiné en 3 parties distinctes,2 parties semblables repère 9 et la partie 10 du corps de chauffe ,chacune pouvant être réalisée, sans que ce soit limitatif, en tôles embouties .L'ensemble du corps de la chaudière est calorifugé
Les planches 2/3 et 3/3 coupe YY représente une chaudière comportant l'ensemble des éléments constitutifs précédents mais où le corps de chauffe est représenté à l'extérieur de la chaudière.La chaudière dans cette représentation ne comporte qu'une plaque d'échange
Le corps dé chauffe 1 est réalisé comme un appareil séparé,dans notre représentation en 2 coquilles semblables 10 relié à la chaudière par les canalisations d'alimentation en fluide caloporteur repère B et C d'une part et par le conduit de fumées repère E' d'autre part.According to the schematic representation of the 1/3 and 3/3 plates, the exchange plates are fixed by joints and bolts on the body of the boiler which in our representation is drawn in 3 separate parts, 2 similar parts, item 9 and part 10 of the heating body, each of which can be produced, without being limiting, in stamped sheets. The entire body of the boiler is insulated
Boards 2/3 and 3/3 section YY represents a boiler comprising all of the preceding constituent elements but where the heating body is represented outside the boiler. The boiler in this representation only comprises a plate d 'exchange
The heater body 1 is produced as a separate device, in our representation in 2 similar shells 10 connected to the boiler by the pipes for supplying heat-transfer fluid reference B and C on the one hand and by the flue pipe reference E ' on the other hand.

Les plaques d'échange 7,le faisceau tubulaire 8,la boite de mélange 4 sont pourvus de prises de température non représentées pour contrôler l'évolution des températures lors des échanges thermiques et faciliter la régulation du débit du fluide caloporteur dans le circuit que constitue l'ensemble plaques d'échange 7 et faisceau tubulaire 8.The exchange plates 7, the tube bundle 8, the mixing box 4 are provided with temperature taps, not shown, to control the evolution of the temperatures during the heat exchanges and facilitate the regulation of the flow of the heat-transfer fluid in the circuit which constitutes the exchange plate 7 and tube bundle 8 assembly.

Le débit du fluide caloporteur est assuré,contrôlé et régulé par les moyens habituels de l'industrie pour que la température du mélange air primaire- combustible à la tubulure 5 ne dépasse par la valeur d'auto-inflammation. The flow of the heat transfer fluid is ensured, controlled and regulated by the usual means of industry so that the temperature of the primary air-fuel mixture at the pipe 5 does not exceed the auto-ignition value.

Claims

1-Low temperature boiler system with catalytic combustion radiant panels characterized in that it uses the radiant energy of the radiant panels 3 to heat a heat transfer fluid circulating in exchange plates 7 and the latent heat of the gases of catalytic combustion to heat a recovery tubular bundle 8 in which circulates the heat transfer fluid which after its passage in the tubular bundle passes through the exchange plates 2-System according to claim 1 characterized in that the exchange plates 7 in which circulates the heat transfer fluid form with the walls which carry the radiant panels 3 of the flues 2 which channel the gases of the catalytic combustion.

3-System according to claims 1 and 2 characterized in that the exchange plates 7 are cooled by the passage of the heat transfer fluid to reduce the radiation of these plates to the catalytic radiant panels to avoid overheating of the primary air-fuel mixture in 4 which could cause auto ignition.

4-System according to claim 1 characterized in that the primary air-fuel mixture is cooled permanently upstream of the catalytic radiant panels by circulation, in the enclosure 6, of a cooling fluid to prevent auto ignition.

5-System according to claims 1 and 2 characterized in that the gases of the catalytic combustion circulate in a heating body 1 where is placed a tubular recovery bundle 8 in which circulates the heat transfer fluid, which feeds the exchange plates 7 , for the recovery of the latent heat of the fumes.

6-System according to claims 1, 2 and 5 characterized in that the tubular bundle of recovery 8 of the latent heat of the fumes is incorporated into the boiler to make only one compact device.

7-System according to claims 1,2, and 5 characterized in that the tubular bundle of recovery 8 of the latent heat of the smoke n T is not incorporated in the boiler and is placed in a separate device connected to the boiler by the pipes circulation of the heat transfer fluid and the smoke tubes.

8-System according to any one of the preceding claims characterized in that the body of the boiler is made of shells 9 and 10 allowing the establishment of the exchange plates 7 by connection by joints and bolts.

9-System according to any one of the preceding claims characterized in that the gases of the catalytic combustion circulate in the heating body 1 of the tube bundle 8 by natural convection.

10-System according to any one of claims 1 to 8 characterized in that the gases of the catalytic combustion circulate in the heating body 1 of the tube bundle 8 by forced convection.

11-System according to any one of the preceding claims characterized in that the temperatures of the radiant panels 3, the exchange plates 7 and the tubular bundles 8 of thermal recovery are measured by the usual means of T industry.

12-System according to any one of the preceding claims, characterized in that optimization of the heat exchanges is obtained by regulating the flow of the heat transfer fluid in the circuit formed by the exchange plates 7 and the tube bundle 8 in relation to the admissible temperatures at the faces radiant radiant panels