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 dépend 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.

Pour le refroidissement des gaz provenant de cuves d'électrolyse ignées 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 sans ces inconvénients.

Elle consiste principalement en un procédé de désencrassement d'échangeurs de chaleur utilisé pour le refroidissement de gaz chargé en poussières et polluants, provenant notamment de cuves d'électrolyse ignées lors de la fabrication d'aluminium ; ledit gaz étant apte à traverser un circuit d'écoulement comprenant au moins un échangeur de chaleur apte à refroidir ledit gaz, et des organes de distribution propres à se déplacer dans ledit conduit, comprenant une étape de déplacement desdits organes de distribution entre une première position dans laquelle ledit gaz traverse l'échangeur de chaleur dans un premier sens de circulation, et une seconde position dans laquelle ledit gaz traverse l'échangeur de chaleur dans un second sens de circulation opposé au premier sens de circulation.

En variante, l'étape de déplacement est répétée périodiquement.

En variante, le circuit d'écoulement comprend un circuit primaire de passage dudit gaz, un circuit secondaire de passage dudit gaz ; ledit circuit secondaire comprenant une portion de circuit commune au circuit primaire ; ledit échangeur de chaleur étant disposé dans ladite portion de circuit caractérisé en ce que ladite première position est une position d'ouverture d'une partie du circuit primaire et de fermeture d'une partie du circuit secondaire, et ladite seconde position est une position d'ouverture d'une partie du circuit secondaire et de fermeture d'une partie du circuit primaire.

Le temps de fonctionnement dans chaque sens de circulation du gaz à refroidir est sensiblement identique de sorte d'éviter l'accumulation préférentielle de dépôt sur l'une des ½ faces des tubes.

Le délai entre deux inversions du sens de circulation du gaz à refroidir est adapté en fonction de la vitesse d'encrassement de l'échangeur. Il peut par exemple être réalisé une fois tous les 3 à 10 jours. Et il peut se faire automatiquement ou manuellement.

Une partie des particules arrachées aux dépôts accumulés sur les tubes de l'échangeur de chaleur est emporté par le gaz chaud. Elle est ensuite captée par l'unité d'épuration du gaz que l'on trouve habituellement en aval sur les installations de fabrication d'aluminium. Des particules plus lourdes peuvent également tomber sous l'échangeur de chaleur où elles sont récupérées dans une trémie.

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.

L'invention consiste également en un dispositif de désencrassement d'échangeur de chaleur utilisé pour le refroidissement de gaz chargé en poussières et polluants, provenant notamment de cuves d'électrolyse ignées lors de la fabrication d'aluminium, ledit dispositif comprenant au moins un échangeur de chaleur apte à refroidir ledit gaz, comprenant en outre des organes de distribution propres à se déplacer entre une première position dans laquelle ledit gaz traverse l'échangeur de chaleur dans un premier sens de circulation et une seconde position dans laquelle ledit gaz traverse l'échangeur de chaleur dans un second sens de circulation opposé au premier sens de circulation.

En variante, le dispositif comprend :

- un circuit primaire de passage dudit gaz, - un circuit secondaire de passage dudit gaz; ledit circuit secondaire comprenant une portion de circuit du circuit primaire ; ledit échangeur de chaleur étant disposé dans ladite portion de circuit. En variante, le dispositif comprend une unité de commande propre à commander le déplacement périodique desdits organes de distribution.

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'un dispositif de désencrassement selon l'état de la technique avec un filtre en amont de l'échangeur,

- Fig. 2 représente une vue schématique de la section d'un tube d'un l'échangeur de chaleur montrant un exemple de dépôt solide,

- Fig. 3 représente une vue schématique d'un exemple 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 tubulaire 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 16 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 exemple de dispositif de désencrassement 9 selon l'invention. Ce dispositif 9 comprend 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, par exemple, de cuve d'électrolyse d'un dispositif de fabrication d'aluminium.

Le dispositif 9 selon l'invention comprend un circuit primaire la dans lequel circule le gaz chaud lorsque celui-ci passe au travers de l'échangeur 2 dans un premier sens d'écoulement SI, et un circuit secondaire lb dans lequel circule le gaz chaud lorsque celui-ci passe au travers de l'échangeur 2 dans un second sens d'écoulement S2, opposé au premier sens d'écoulement SI . L'échangeur de chaleur 2 est placé dans une portion de circuit 10 commune aux deux circuits la et lb.

Dans cet exemple de réalisation, l'orientation du gaz chaud vers le circuit primaire la ou vers le circuit secondaire lb est assurée par la combinaison d' organes de distribution 6, 7 et 8.

Ces organes de distribution 6, 7, 8 comprennent par exemple des volets pivotants, des vannes rotatives ou des guillotines. Ces organes de distribution 6, 8, et 9 sont déplacés entre une position 6a, 7a, 8a d'ouverture du circuit primaire et de fermeture du circuit secondaire lb pour faire circuler le gaz 3 dans le circuit primaire la au travers de l'échangeur de chaleur 2 dans le premier sens de circulation SI; et une position 6b, 7b, 8b d'ouverture du circuit secondaire lb et de fermeture du circuit primaire la pour faire circuler le gaz 3 dans le circuit secondaire lb et au travers de l'échangeur de chaleur 2 dans le second sens de circulation S2, opposé au premier sens.

Le dispositif de désencrassement 9 selon l'invention comprend en outre une unité de commande 20 propre à commander le déplacement desdits organes de distribution 7, 8, 9. Avantageusement, les organes de distribution 7, 8, 9 sont déplacés périodiquement.