Un nouveau type de tubes pour optimiser les échangeurs thermiques des chaudières produisant de l'électricité
Comme son nom l'indique, une chaudière industrielle à lignite brûle du lignite pour produire principalement de l'électricité mais également de la chaleur et/ou du froid. Pour ces chaudières, le système d'échange thermique est extrêmement important puisqu'il permet de supprimer du système la chaleur excédentaire. Les tubes utilisés pour l'échange thermique se dégradent rapidement du fait de l'encrassement. Pour simplifier, l'encrassement est le dépôt des particules de cendre issues du brûlage du lignite sur les surfaces de l'échangeur thermique. L'objectif de ce projet de recherche était donc de minimiser l'encrassement des surfaces du tube. Cet objectif de minimisation a été atteint et entraîne des conséquences immédiates et très importantes. Les performances générales des chaudières enregistrent une augmentation allant jusqu'à 90% si le transfert thermique est à 25% du taux d'encrassement et 60% de la chute de pression. Ces pourcentages sont basés sur la configuration standard des chaudières utilisées pour la production d'électricité en Grèce. Les partenaires du projet ont obtenu une réduction significative du taux d'encrassement grâce à des structures de tubes asymétriques et/ou des tubes non-circulaires. La conception du faisceau tubulaire, nommée DDEFORM, a été testée numériquement et expérimentalement, et elle est protégée par des brevets. La configuration développée pour les tubes n'est pas limitée aux chaudières industrielles puisqu'elle est également applicable aux échangeurs thermiques utilisés pour la climatisation et pour les radiateurs automobiles. En général, la configuration proposée peut être appliquée lorsque des conditions d'encrassement apparaissent ou lorsque la chute de pression devient un facteur de fonctionnement important. Tout au long du projet, les partenaires ont mené de nombreuses études expérimentales et numériques sur la minimisation de l'encrassement et ils ont développé de nouveaux tests d'encrassement. La perturbation de l'écoulement en amont, les dispositions asymétriques et les tubes non-circulaires ont été étudiés pour optimiser l'efficacité des faisceaux tubulaires. Une boucle expérimentale a été construite pour être utilisée avec les échangeurs thermiques industriels. La boucle a été employée pour mesurer le dépôt de particules sur le faisceau tubulaire en ligne cylindrique et sur le faisceau tubulaire en ligne amélioré. La méthodologie développée permettra d'effectuer des tests approfondis sur les échangeurs thermiques et les filtres encrassés, pour que les fabricants puissent utiliser la meilleure configuration possible des nouvelles formes de tubes, afin de réduire l'encrassement. En plus de l'industrie électrique, qui sera le grand bénéficiaire des résultats de ce projet, d'autres secteurs pourront également utiliser ce nouveau système. L'industrie automobile, pour les radiateurs de refroidissement moteur, l'industrie chimique, où les échangeurs thermiques fonctionnent souvent dans des conditions d'encrassement extrêmes, et enfin, les fabricants de filtres pourraient utiliser les connaissances acquises pour le problème inverse auquel ils font face, celui de la récupération des particules.
