Dans le domaine de la production d'énergie thermique,tubes à ailettes carréesse réfère généralement spécifiquement àTubes à ailettes de type H(également appelés tubes à ailettes rectangulaires), constitués de deux ailettes carrées/rectangulaires symétriques soudées au tube de base. Ils ne sont pas simplement décoratifs ; ce sont plutôt des composants essentiels qui permettenthaute efficacité et économies d'énergiedans les centrales thermiques. Vous trouverez ci-dessous leurs principales applications et leur valeur.

Les tubes à ailettes carrées sont principalement installés dans lespassage de fuméedes chaudières utilitaires, qui constitue la zone d'échange thermique finale entre les fumées et le fluide de travail (eau ou vapeur) :

• Économiseur: Utilise des gaz de combustion à haute température pour préchauffer l'eau d'alimentation de la chaudière, abaissant ainsi la température des gaz d'échappement et améliorant l'efficacité thermique de la chaudière (une baisse de 15 à 20 °C de la température d'échappement peut augmenter l'efficacité de la chaudière d'environ 1 point de pourcentage).

• Préchauffeur d'air: Récupère la chaleur perdue des gaz de combustion pour préchauffer l'air de combustion, améliorant ainsi la combustion du four et réduisant les pertes de combustion incomplète.

• Générateur de vapeur à récupération de chaleur (HRSG): Dans les centrales à turbine à gaz à cycle combiné (CCGT), il récupère la chaleur des gaz d'échappement chauds de la turbine à gaz pour générer de la vapeur destinée à entraîner une turbine à vapeur.

Comparée aux tubes à ailettes traditionnels en spirale ou circulaires, la conception carrée fonctionne nettement mieux dans les conditions difficiles typiques des centrales électriques :

1. Excellente résistance à l'érosion/à l'usure (critique pour prévenir les éclats de tubes)
   Dans les centrales au charbon, les gaz de combustion transportent de grandes quantités de cendres volantes qui érodent gravement la surface des tubes. Les ailerons de type H créentcanaux d'écoulement de gaz droits, guidant les particules de cendres pour qu'elles passent à travers les espaces entre les ailettes plutôt que de provoquer l'usure « tourbillonnante » observée avec les ailettes en spirale. Leur durée de vie contre l'érosion est typiquement2 à 3 foisplus long que celui des tubes à ailettes en spirale, ce qui réduit considérablement les interruptions imprévues dues aux éclats de tubes.

2. Performances autonettoyantes et antisalissure supérieures
   Les racines des ailettes carrées sont perpendiculaires au tube de base, il y a donc peu de « zones mortes » où les cendres peuvent s'accumuler. De plus, la section transversale du flux de gaz plus grande et plus uniforme permet à l'énergie cinétique des gaz de combustion d'évacuer les cendres libres, évitant ainsi la forte baisse d'efficacité causée par l'encrassement (particulièrement bénéfique pour les charbons de faible qualité et à haute teneur en cendres).

3. Efficacité de transfert de chaleur élevée et faible chute de pression des gaz de combustion
   Les ailettes étendent considérablement la surface de transfert de chaleur (généralement 5 à 8 fois celle d'un tube nu), et la configuration carrée crée une perturbation intense de la couche limite lorsque le gaz s'écoule à travers le faisceau de tubes, améliorant ainsi le transfert de chaleur par convection. Dans le même temps, la chute de pression côté gaz est d’environ10 à 20 % de moinsque celle des tubes à ailettes en spirale, réduisant ainsi la consommation électrique des ventilateurs à tirage induit.

4. Rigidité structurelle élevée et résistance aux vibrations
   Les ailettes carrées appariées agissent comme des « nervures de raidissement » reliant les tubes de base, donnant à l’ensemble de la banque de tubes une plus grande rigidité. Celui-ci résiste efficacement aux vibrations induites par l'écoulement à basse fréquence, prolongeant ainsi l'intervalle de maintenance de l'équipement.

• Énergie alimentée au charbon/à la biomasse (application principale)
  Particulièrement adaptés aux installations brûlant des charbons de faible qualité ou à haute teneur en cendres, ils constituent la solution privilégiée pour lutter contre l'usure et l'encrassement des surfaces d'échange thermique des conduits de fumée.

• Incinération des déchets en énergie
  Les gaz de combustion contiennent non seulement des cendres mais aussi des gaz acides très corrosifs. Les tubes à ailettes carrées peuvent être facilement équipés de boucliers résistants à l'usure et leurs surfaces sont moins sujettes à l'accumulation de cendres collantes, garantissant ainsi un fonctionnement stable à long terme.

• Énergie solaire concentrée (CSP) – échange thermique à sels fondus
  Dans les installations CSP de type tour ou auge, ils sont utilisés dans le système de génération de vapeur pour intensifier le transfert de chaleur entre le sel fondu et l'eau/vapeur. La zone de transfert de chaleur accrue contribue à réduire l'encombrement de l'équipement et à supporter les contraintes de choc thermique liées aux cycles de démarrage/arrêt fréquents typiques du CSP.

Dans les applications thermiques, le choix des matériaux doit tenir comptecorrosion au point de rosée à basse température(corrosion au point de rosée de l'acide sulfurique) :

• Poursections basse température(où la température des gaz d'échappement est inférieure au point de rosée acide),Acier ND (09CrCuSb),Acier inoxydable 316L, ou même des surfaces émaillées sont couramment utilisées.

• Poursections haute température, les aciers résistants à la chaleur tels que20Gou15CrMoGsont sélectionnés pour garantir la résistance au fluage à des températures élevées.

• Lors de la conception, le pas des ailettes (généralement 10 à 25 mm) et la hauteur des ailettes doivent être calculés avec précision pour équilibrer les performances de transfert de chaleur et la facilité de nettoyage.

La valeur fondamentale des tubes à ailettes carrées dans la production d'énergie thermique réside dans leur capacité àde manière sûre, efficace et durableextraire la chaleur résiduelle des gaz de combustion dans un environnement extrêmement difficile caractérisé par « une forte érosion, une forte érosion et une forte corrosion ». Il s’agit d’un détail technique clé qui permet aux unités modernes alimentées au charbon à grande échelle de réduire leur consommation de charbon et d’atteindre leurs objectifs d’économie d’énergie et de réduction des émissions.