<Desc/Clms Page number 1>
OCTROOIAANVRAAG TITEL : Gecombineerde stoomketel-voedinaswater voorverwarmer van
EMI1.1
het vlampiiptvpe :"combiketel"
Hoofdstukken
1. Omschrijving van het technisch gebied.
2. Stand van de techniek en nadelen daarvan.
3. De vinding en de voordelen.
4. Beschrijving en figuren van de uitvinding.
5. Conclusies Titel. Gecombineerde ketel-voedingswatervoorverwarmer van het vlampijp type.
1. Omschrijving van het technische gebied.
Ketels met rookgas- of vlampijpen zijn algemeen bekend. Bij dit soort ketels stromen de verbranding- of andere afgassen door de pijpen. De pijpen worden in pijpenplaten bevestigd. De pijpenplaten vormen, met de cilindervormige mantel, de ruimte waar ketelwater verdampt tot stoom. Dus in de rompzijde van dit soort ketels is een mengsel damp (stoom) en vioeistof (water) aanwezig op de kooktemperatuur van de vioeistof bij de werkdruk van de ketel.
Het IS bekend dat de verdampende ketelvioeistof dezelfde temperatuur heeft als de geproduceerde verzadigde damp. Om nog warmteoverdracht te hebben is een temperatuurverschil nodig van de warmte afgevende stof (rookgassen) naar de warmte opnemende stof (verdampende vloeistof).
De uitlaattemperatuur van de gekoelde rookgassen is altijd een bepaald aantal graden boven de verdampingstemperatuur. Het is bekend dat hoe lager deze uittredetemperatuur is hoe groter het rendement van het toestel is. Beter bekend onder de"approach"theone.
Het is bekend dat om het rendement te verhogen, de ketelvioeistof, voor het in de ketel stroomt, in aparte warmtewisselaars "ketelvoedingswater voorverwarmers"genoemd, wordt opgewarmd 2. Stand van de techniek en nadelen daaraan.
Het nadeel van deze bekende technieken is, in het geval van gescheiden constructie van ketel en voorverwarmer twee gescheiden toestellen, met elk hun piJpenplaat rookgaskanalen en waterdamp stompen, noodzakelijk zijn, het gevolg is ; constructieve complexiteit, hoge kosten door de
<Desc/Clms Page number 2>
constructie van twee gescheiden toestellen en ingewikkelde verbindingen van de rookgaskanalen en de vioeistofverbindingen tussen voorverwarmer en ketel
Een ander nadeel van de gekende technieken is, in het geval van vlampijpketel met interne voorverwarming, het voedingswater zich onmiddellijk mengt en opwarmt met het ketelwater. Dit nadeel geeft een lager thermisch rendement van de gekende ketel t. o. v. de vinding.
Een ander nadeel van de gekende verticale rookgaspijpketels in de vorm van een warmtewisselaar, is de vorming van dampwolken onder de keerschotten welke oververhitting van de pijpen geeft en afzetting van vaste stoffen afkomstig van de residuele hardheid van het ketelwater : het fenomeen "steam blanketing".
Een ander nadeel van verticale rookgaspijpketels is de vorming van een propvormige twee fasen stroom. Deze veroorzaakt trillingsbeschadigingen aan de pijpen door het onregelmatig pulsvormige ontsnappen van deze stoomwolken.
Een ander nadeel van de bestaande vertikale vtampijpketets is de onmogelijkheid het vaste stofbezinksel op de bovenkant van de onderste pijpenplaat te spuien. Dit bezinksel veroorzaakt ketelpijpcorrosie en spleetcorrosie op de onderste pijpenplaat.
3. De vindinQ en de voordelen.
Het doel van deze uitvinding is de ketelwater - voorverwarming en de stoomverdamping te laten gebeuren in een eenvoudige tegenstroom warmtewisselaar en het hoog thermisch rendement te bekomen in, een, constructief eenvoudig en economisch, toestel. Deze ketel heeft al de kenmerken van een bedrijfszekere industriële ketel.
Bij een voorkeursuitvoering stroomt het binnenkomend ketel voedingswater net boven en rond de voor het rookgas uittredende onderste pijpenplaat en rookgaspijpen, zodoende dat de rookgaswarmte, door diepere koeling, optimaal kan benut worden in het ketelvoedingswater.
Bij een voorkeursuitvoering wordt het stoom water mengsel onder de bovenste warme pijpenplaat verzameld in de taurus gevormd door een halve balgschotel en de bovenste pijpenplaat. Zodoende dat voldoende volume onstaat om de juiste stoom water snelheid te kunnen toepassen.
Het stoom water mengsel stroomt naar een hoger geplaatste stoomdrum die als functie stoom-waterscheiding heeft. De ketelwater circulatie ontstaat door densiteit en soortelijk gewicht verschillen tussen het mengsel stoom-water en het ketelwater.
<Desc/Clms Page number 3>
Bij de voorkeursuitvoering wordt het ketelwater komende via de "downcomer"van de drum naar de wisselaar op de plaats in de romp van de wisselaar waar de verdamping begint. Zodoende dat de nodige natuurlijke circulatie ontstaat.
Bij een voorkeursuitvoering stroomt het voedingswater in tegenstroom langs de uittredende rookgassen zodoende dat energetisch efficiënt tegenstroom en bij lage voedingswater temperaturen rookgascondensatie kan optreden. Dit betekent dat, hoe kouder het voedingswater is hoe hoger het thermisch rendement van deze combiketel wordt.
Bij een voorkeursuitvoering is de stroming boven de koude pljpenplaat zodanig gekozen dat, door de afstand tot het eerste keerschot aan te passen, dat de watersnelheden geen uitzakkingen van residuele vaste stof, zoals carbonaten, silicaten, phosfaten en andere zouten, op de achterkant van de pijpenplaat toelaat. Bij een voorkeursuitvoering is de verdamping op de onderste pijpenplaat en de daaruit onstane corrosie in spleten in de pijpgaten vanwege de lagere ketelvoedingswater temperatuur vermeden.
Bij een voorkeursuitvoering wordt boven in de onderste pijpenplaat spuivoorzieningen gebouwd, in de vorm van, smalle spleetopeningen naar spuistompen boven de pijpenplaat en ronde haakse boringen in de pijpenplaat. Zodoende bestaat de mogelijkheid, de bij stilstand uitgezakte vaste stoffen te spuien.
Bij een voorkeursuitvoering zijn de onderste keerschotten tot aan het punt waar de verdamping begint in de vorm van geboorde plaatsegmenten uitgevoerd zodoende dat zuivere dwarsstroom ontstaat Bij een voorkeursuitvoering worden de keerschotten vanaf de plaats waar verdamping plaats vindt, uitgevoerd als stavenrooster, alleen dienst doende als pijpondersteuning om pijptrillingen te voorkomen. Zodoende dat er veel ruimte rond de pijpen overblijft om de stijgende stoombellen te laten ontsnappen en stoomklok vorming te voorkomen.
Indien het pijppatroon in driehoek-vormig IS in plaats van vierkant wordt het stavenrooster vervangen door schijf en ring keerschotten met onsnappingsopeningen voor de stoombellen
<Desc/Clms Page number 4>
4. Beschrijving van de constructie en werking (zie fig. 1. 2. 3 en 4) :
Het ketel voedingswater stroomt in het onderste deel van de wisselaar (fig. 1), in stomp A, om de pijpen in de mantel van de wisselaar. Door het contact met de warmere pijpen warmt het voedingswater op tot verdampingstemperatuur. Dit koude voedingswater kan van de ontgasser komen of bij lage stoomdrukken rechtstreeks van de suppletiewater tank of condensaat tank.
Na het doorlopen van de voorverwarming zone mengt het zich dan op met het circulerende ketelwater, welke in stomp C in de mantel stroomt. Dit kan gebeuren door twee of meerdere stompen, verdeeld over de omtrek, om een symmetrische en goede opmenging te krijgen. Vanaf deze plaats in de romp van de wisselaar, zijn de pijp geleidingen uitgevoerd als steun, i. p. v. het segment plaat keerschot. Het aantal pijpgeleidingen wordt bepaald dor het trillingsgedrag van de pijpen van de wisselaar. In de verdampingszone hebben we in de mantel een stroming van water en stoom vertikal naar omhoog. Het stoom-water mengsel stroomt door stompen B via de stijgleidingen naar de stoomdrum waar de afscheiding stoom en water gebeurt Het water, zonder stoom bellen, stroomt door de circulatieleiding naar de plaatsen in romp C waar de verdamping begint.
In geval van koud voedingswater kan het rookgascondens efficiënt afgescheiden worden in de kamer onder de onderste pijpenplaat en afgetapt worden via stomp D. Door de diameter van de circulatie leidingen oordeelkundig te vergroten t. o. v. de oppervlakte om de warm water pijpen kan de natuurlijke circulatie worden vergroot tot 20x de stoomproductie. Hierdoor onstaat een water-stoom mengsel welke in een stabiele toestand de fase overgang naar stoom bevordert.
De koeling van de warme pijpenplaat wordt bereikt door de uitstroming van het stoomwater mengsel vlak tegen de onderkant van de pijpenplaat door stompen B te laten gebeuren. Grotere pijpenplaten kunnen met stoom uitstroom boringen in de pijpenplaat worden voorzien (zie fig. 3).
Het spuien van de opgeloste zouten in het ketelwater gebeurt door een spuiinrichting in de stoomdrum. Het spuien van de vaste stoffen of bezinksel op de pijpenplaat gebeurd (zoals in fig 4) door meerdere openingen F in de pijpenplaat en door bezinkselspuistompen E voorzien van snelheidsverhogende kappen De hoogte van de opening onder de spuikap wordt zodanig ontworpen dat de stromingsnelheld een meesleuring van het bezinksel veroorzaakt.
Met bovenvermelde uitvinding is een ketel gebouwd en sinds januari 1998 in bedrijf genomen. Dit toestel voldoet volledig aan de verwachtingen en de bedrijfskarakteristieken van de uitvinding
<Desc/Clms Page number 5>
Bij deze ketel is rookgaspijpondersteuning vanwege het reeds bestaande driehoekig boorpatroon van de gaten in de pijpenplaten niet met pijpondersteunende roosters kunnen gebouwd worden. In plaats daarvan zijn ringvormige, vlakke pijpondersteuningen gebruikt. Hierin zijn uitsnijdingen voorzien om de stijging van de stoombellen toe te laten.
In geval koud ketelvoedingswater wordt gebruikt waar rookgascondensatie kan plaatsvinden is de afscheiding van het condensaat uit de rookgassen goed mogelijk in de uitlaatkamer. Het rookgascondensaat wordt afgevoerd door stomp"D"van fig 1