CS199281B2 - Waste heat boiler - Google Patents

Description

Vynález se týká kotlů na odpadní teplo, vhodných pro chlazení a odvádění tepla z plynů, které mají velmi vysokou teplotu a tlak nebo obsahují suspendované částice, které se mohou usazovat v trubkách výměníku tepla, jimiž plyny proudí. Vynález se zvláště zaměřuje na kotle pro výrobu tlakové páry využitím volného tepla reakčního plynu ze zařízení pro výrobu vodíku a kysličníku uhelnatého tím, že se v kyslíku neúplně spálí uhlovodíky, popřípadě za přidání vodní páry. Tento reakční plyn vzniká v reakční komoře, v níž neúplné spalování uhlovodíků probíhá za vyššího tlaku, než je atmosférický tlak.

Plyny vyrobené takovýmto neúplným spalováním se obvykle odvádějí z reaktoru s teplotou v rozmezích 1000 až 1500 a jsou proto možným zdrojem energie. Je však třeba výměníků tepla speciální konstrukce, aby bylo možno této tepelné energie využít, a to vzhledem k vysokým teplotám a k okolnosti, že tyto plyny obsahují volný uhlík. Vysoký teplotní rozdíl a vysoký tlak ve výměnících tepla, v nichž se takovéto plyny chladí, proto vyžadují, aby se tato zařízení vyznačovala zvlášť kvalitním provedením a pevností. Ukázalo se, že mechanické požadavky, kladené na tato zařízení, splňují vý2 měníky tepla se šroubovicovitě vinutými trubkami pro chlazení plynu.

V britském patentu č. 851 542 je popsán kotel na odpadní teplo, u kterého horké plyny proudí jednou nebo více šroubovicovými trubkami obklopovanými chladicím médiem. Ukládání sazí je snižováno šroubovicovitou drahou a velkou rychlostí plynů a do jisté míry i vibrací trubic, vyvolávanou odpařováním chladicího média.

Podle britského patentu č. 1 332 809 jsou plyny obsahující saze chlazeny ve svislém kotli na odpadní teplo s více tepelně výměnnými hady. Počáteční chlazení na teplotu pod 1200 C se provádí v přímých trubkách uložených ve spodní části kotle. Následné chlazení na konečnou teplotu 200 až 400 °C je potom prováděno ve šroubovicovitých hadech,, umístěných v horní části kotle.

Britský patent č. 1 340 254 se konečně vztahuje na chlazení plynu v podobném kotli, ve kterém je navíc mezi přímými trubkami umístěna násobná vodní tryska s ejektory na konci dvou spolupůsobících přívodních trubek na vodu, a s touto tryskou se chladí nejteplejší části kotle.

Všechny tyto kotle na odpadní teplo mají nevýhodu v tom, že jejich chladicí a topná účinnost se sníží, musí-li se do kotle u199281 místit pro jeho uzpůsobení na vyšší výkony čtyři nebo více chladicích trubek.

Tato nevýhoda je odstraněna podle vynálezu kotlem na odpadní teplo pro chlazení vysokoteplotních plynů, zahrnujícím svislý válcový plášť s dolním a horním krytem, se svislou vnitřní trubkou uvnitř pláště, umístěnou s odstupem od svislého válcového pláště v radiálním směru a vymezující spolu s ním svislý podlouhlý prstencovitý chladicí prostor, a dále _ větší počet šroubovicovitých chladicích trubek pro chlazení vysokoteplotního plynu, a alespoň ' jeden přívod pro chladivo, upravený v dnové části svislého válcového pláště. Podstata vynálezu spočívá v tom, že šroubovicovité trubky pro chlazení plynu přecházejí na svých horních koncích v přímé trubky, uspořádané mezi šroubovicovitými trubkami a vnitřní trubkou, přičemž tyto přímé trubky jsou v blízkosti dna pláště spojeny . s . výpustnými . otvory pro plyn a jsou vzhledem k ose pláště symetricky uspořádány, přičemž prostory mezi šroubovicovitými trubkami, přímými trubkami a vnitřní trubkou jsou opatřeny kanálky pro zpětný oběh chladivá, otevřenými na obou koncích a . bočně ohraničenými vnitřní trubkou a stěnovými -částmi sousedícími s chladicími trubkami.

Přímé . . trubky jsou s výhodou uspořádány ve dvojicích a kanálky pro oběh chladivá jsou uspořádány mezi dvojicemi přímých trubek. Počet přímých trubek, popřípadě počet jejich dvojic, a počet kanálků pro oběh chladivá je s výhodou v rozmezí nejméně dvě a nejvýše šest. Při počtu kanálků v tomto rozmezí pracuje . kotel podle vynálezu nejhospodárněji.

Každý kanálek pro zpětný oběh chladivá může být tvořen částí stěny vnitřní trubky, z níž směrem ven vybíhají dvě podlouhlé příčky tvořící boční stěnové části kanálku, přičemž - každá příčka sousedí s přímou trubkou nebo jejich dvojicí a obě příčky jsou na svém vnějším konci spojeny mírně zakřivenou příčkou, sousedící se šroubovicovitými trubkami a tvořící vnější stěnu kanálku.

Šroubovicovité trubky jsou s výhodou zavěšeny v třmenech, spojených tyčemi s opěrkou. Kanálky pro zpětný oběh chladivá mohou probíhat z pod horního konce vnitrní trubky, ležícího nad horním koncem šroubovicovitých trubek, až ke dnovému konci. vnitřní trubky, ležícímu nad přívodem nebo přívody chladivá. Všechny šroubovicovité trubky jsou s výhodou v podstatě stejně dlouhé.

U konstrukcí kotlů na odpadní teplo se čtyřmi nebo více soustřednými šroubovicovitými trubicemi se ukazuje, že stoupající voda a pára mají sklon z větší části proudit podélnou dutinou umístěnou uvnitř šroubovice vnitřních trubic. Taková podélná dutina je u kotlů popisovaného typu vytvářena vnitřními šroubovicovitými trubkami a vnitřní přímou trubkou. Vzhledem k tomuto ob tékání šroubovicovitých trubek . chladivém je účinnost chlazení i topný účinek snižován.

Uspořádání podle vynálezu však přináší řešení tohoto problému tím, že se vytvoří kanálky pro oběh chladivá, které nutí chladivo téci z horní části výměníku tepla směrem dolů a brání tak, aby směs stoupající chladicí vody a páry obtékala šroubovicovité trubky. Řešením podle vynálezu je tak podstatně zvýšena účinnost chlazení a - účinnost práce kotle ve srovnání se známým stavem techniky.

Kotel na odpadní - teplo podle vynálezu - je blíže vysvětlen v následujícím - popisu na příkladu provedení, s odvoláním na výkres, ve kterém obr. 1 znázorňuje - část svislého řezu horním úsekem kotle na odpadní teplo podle vynálezu, obr. la část svislého řezu dolním úsekem kotle podle vynálezu, obr.

příčný řez rovinou II — II z obr. 1, a obr.

schematický řez celým kotlem na odpadní teplo podle vynálezu.

Jak je z obrázků patrno, je - mezi pláštěm 1 kotle a vnitřní trubkou 2 vytvořen - prstencovitý chladicí prostor 3. Uvnitř tohoto prstencovitého chladicího prostoru - 3 je umístěno šest šrouboviccVitě vinutých - trubek, a to tři vnější šroubovicovité trubky 4 a tři vnitřní šroubovicovité trubky 5, Tyto šroubovicovité trubky 4, 5 jsou vinuty soustředně, přičemž však vnější šroubovicovité trubky 4 mají průměr vinutí větší než vnitřní šroubovicovité trubky 5. V horní části výměníku tepla přecházejí šroubovicovité trubky - 4, 5 do přímých trubek 6, 7, a to každá vnější šroubovicovitá trubka 4 do přímé trubky 6 a každá vnitřní šroubovicovitá trubka 5 do přímé trubky 7. Přímé trubky 6, 7 jsou uspořádány rovnoběžně s vnitřní trubkou 2 svými středy na kružnici soustředné s touto vnitřní trubkou 2, a jsou umístěny v prstencovité mezeře mezi šroubovicí vnitřních šroubovicovitých trubek 5 a obvodem vnitřní trubky 2. Jak je patrno z obr. 2, jsou uspořádány po dvojicích, a to vždy jedna přímá trubka 6 a jedna přímá trubka 7 u - sebe.

Šroubovicovité trubky 4 a 5 jsou zavěšeny ve třmenech 8, 9, které jsou spojeny tyčemi 10 s operou 11. Toto uspořádání je schopno vyrovnávat namáhání způsobené tepelnou roztažností, a umožňuje tak, aby za provozu docházelo k převážně podélnému protažení trubkové sestavy v oblasti přímých trubek 6, 7. Šroubovicovité trubky 4, 5 jsou vinuty- tak, že jsou v podstatě stejně dlouhé. Rozdělení plynu na jednotlivé trubky je tak rovnoměrné a v trubkách dochází ke stejným tlakovým ztrátám.

V prostorách vymezovaných v podstatě obvodem vnitrní trubky 2, dvojicemi - přímých trubek 6, 7 - a vnitřní tečnou plochou šroubovice vnitřních šroubovicovitých trubek 5 jsou umístěny kanálky 12 pro oběh chladivá. Aby se dosáhlo odizolování prostoru kanálků 12 pro zpětný oběh chladí199281 va od vlastního prstencovitého chladicího prostoru 3, jsou kanálky 12 bočně uzavřeny plochými příčkami 13, 14 a mírně zakřivenou obvodovou příčkou 15. Ploché příčky 13, 14 vybíhají šikmo z obvodu vnitřní trubky 2 a jsou na svých radiálně vnějších koncích spojeny s obvodovou zakřivenou příčkou 15, která tvoří vnější stěnu kanálku

12. Jak je patrno z obrázků, jsou v daném příkladu provedení po obvodě vnitřní trubky 2 umístěny tři kanálky 12 pro oběh chladivá, přičemž tyto kanálky 12 probíhají z pod horního konce vnitřní trubky 2, který leží nad horními konci šroubovicovitých trubek 4, 5, až do blízkosti spodního konce vnitřní trubky 2. Na spodním i horním konci jsou kanálky 12 otevřeny do prstencovitého chladicího prostoru 3.

Jak je patrno zejména z obr. 3, je vnitřní trubkou 2 dále středově vedena přívodní trubka 16 na chladivo. Z obr. 3 je také patrné napojení trubek 4, 6 a 5, 7 na přívody a odvody plynu. Jak je z obrázků zřejmé, je ve spodní části výměníku tepla každá dvojice přímých trubek 6, 7 napojena na společný výpustní otvor 17 ochlazeného plynu. Horký plyn je naproti tomu přiváděn do zásobníku 18 přívodním potrubím 19. Zásobník 18 je napojen na jednotlivé šroubovicovité trubky 4, 5 přes přívody 20.

V horní části kotle je přívodní trubka 16 na chladivo zakončena vpustí 21. Obdobnou vpustí 22 je na svém horním konci zakončena vnitřní trubka 2. V hlavě kotle je konečně umístěna výpusť 23 na vyráběnou páru. Celý vnitřní prostor kotle, vymezovaný po obvodě pláštěm 1, je nahoře uzavřen horním krytem 24 a dole dolním krytem 25. Pro rovnoměrné rozdělování chladivá do oblastí největších teplot je chladivo ve spod ní části výměníku rozváděno к jednotlivým přívodům 20 na horký plyn pomocí přívodů 26 chladivá.

Pracuje-li kotel na odpadní teplo jako zařízení na výrobu páry, což je jeho obvyklým použitím, funguje následujícím způsobem: vpustí 21 je přívodní trubkou 16 do kotle přiváděno čerstvé chladivo, v daném případě voda, která se rozvádí přívody 26 chladivá к jednotlivým přívodům 20 na horký plyn. Těmito přívody 20 je ze zásobníku 18 veden šroubovicovitými trubkami 4, 5 a přímými trubkami 6, 7 horký reakční plyn. V chladicím prstencovitém prostoru 3 se voda stykem se šroubovicovitými trubkami 4, 5, protékanými horkým plynem rychle zahřívá a brzy dosáhne bodu varu. Vyvíjená pára se shromažďuje pod horním krytem 24 kotle a odvádí se výpustí 23. Spolu s parou je strhována část vody, která se od páry odděluje v odlučovači a vrací se zpět vpustí 22 do vnitřní trubky 2, která funguje jako recirkulační potrubí, kterým se voda vede zpět do spodní části kotle. Zbývající voda se sbírá přímo v kanálcích 12 pro oběh chladivá, a to buď přepadem nebo nastříkáním do jejich otevřeného horního konce. Odtud potom proudí podél vnitřní trubky 2 směrem dolů.

Z uvedeného je zřejmé, že je dosaženo velmi důsledné separace vody, která se dostala к hladině v prstencovitém chladicím prostoru 3, aniž by změnila skupenství, a jejího odvádění ke zpětné recirkulaci. Je také zřejmé, že kdyby podél vnitřní trubky 2 nebyly umístěny kanálky 12 pro oběh chladivá, proudila by voda, obsažená v těchto prostorách směrem vzhůru, spolu s vodou proudící okolo trubek 4, 5, 6, 7 protékaných horkým plynem, což by mělo nežádoucí vliv na účinnost kotle.

Claims (7)

1. Kotel pro odpadní teplo pro chlazení vysokoteplotních plynů, zahrnující svislý válcový plášť s horním a dolním krytem, svislou vnitřní trubku uvnitř pláště, umístěnou s odstupem od svislého válcového pláště v radiálním směru a vymezující spolu s ním svislý podlouhlý prstencovitý chladicí prostor, a dále větší počet šroubovicovitých chladicích trubek pro chlazení vysokoteplotního plynu, a alespoň jeden přívod pro chladivo, upravený v dnové části svislého válcového pláště, vyznačený tím, že šroubovicovité trubky (4, 5) pro chlazení plynu přecházejí na svých horních koncích v přímé trubky (6, 7) uspořádané mezi šroubovicovitými trubkami (4, 5) a vnitřní trubkou [2], přičemž tyto přímé trubky (6, 7) jsou v blízkosti dna pláště (1) spojeny s výpustnými otvory (17) pro plyn, přičemž přímé trubky [6, 7] jsou vzhledem к ose pláště (1) symetricky uspořádány, a prostory mezi šroubovicovitými trubkami J4,

YNÁLEZH

5), přímými trubkami [6, 7) a vnitřní trubkou (2) jsou opatřeny kanálky (12) pro zpětný oběh chladivá, otevřenými na obou koncích a bočně ohraničenými vnitřní trubkou (2) a stěnovými částmi sousedícími s chladicími trubkami.

2. Kotel podle bodu 1 vyznačený tím, že přímé trubky (6, 7) jsou uspořádány ve dvojicích a kanálky (12) pro zpětný oběh chladivá jsou uspořádány mezi dvojicemi přímých trubek (6, 7).

3. Kotel podle bodů 1 nebo 2 vyznačený tím, že počet přímých trubek (6, 7), popřípadě počet jejich dvojic, a počet kanálků (12) pro zpětný oběh chladivá je s výhodou v rozmezí nejméně 2 a nejvýše 6.

4. Kotel podle bodů 1 až 3 vyznačený tím, že každý kanálek (12) pro zpětný oběh chladivá je tvořen částí stěny vnitřní trubky (2), z níž směrem ven vybíhají dvě podlouhlé příčky (13, 14) tvořící boční stěnové části kanálku (12), přičemž každá přič- ka sousedí s přímou trubkou (6, 7) nebo jejich dvojicí a obě podlouhlé příčky (13, 14) jsou na svém vnějším konci spojeny mírně zakřivenou příčkou (15), sousedící se šroubovicovitými trubkami (4, 5) a tvořící vnější stěnu kanálku (12).

5. Kotel podle bodů 1 až 4 vyznačený tím, že šroubovicovité trubky (4, 5) jsou zavěšeny v třmenech (8, 9), spojených tyčemi (10) s opěrou (11).

6. Kotel podle bodů 1 až 5 vyznačený tím, že kanálky (12) pro oběh chladivá probíhá^ jí z pod horního konce vnitřní trubky (2), ležícího nad horním koncem šroubovicovitých trubek (4, 5) až ke dnovému konci vnitřní trubky (2), ležícímu nad přívodem nebo přívody (20) chladivá.

7. Kotel podle bodů 1 až 6 vyznačený tím, že všechny šroubovicovité trubky (4, 5) jsou v podstatě stejné dlouhé.