CS207191B1 - Boiler with heat exchanging surfaces on superposed fluidized layers - Google Patents

Description

ČESKOSLOVENSKÁSOCIALISTICKÁREPUBLIKA( 19 ) POPIS VYNALEZU K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ 207191 (11) (Bl) (22) Přihlášeno 04 02 80(21) (PV 740-80) i (51) Int. Cl.3 F 22 B 15/00 ÚŘAD PRO VYNÁLEZY A OBJEVY ... JI A. i*."""—. «,' 1 (40) Zveřejněno 15 09 80 (45) Vydáno Ól 07 84 1 (75)~ :

Autor vynálezu VILIMEC LADISLAV ing., OSTRAVA, BERÁNEK JAROSLAV doc. ing. ' CSc.. PRAIIA a

’ DOBROZEMSKÝ JAROSLAV doc. ing., ROŽNOV POD RADHOŠTĚM (54) Kotel s teplosměnnými plochami ve fluidních vrstvách uspořádaných nadsebou

Vynález se týká kotle s fluidním jednostupňo-vým ohništěm a s teplosměnnými plochami vefluidných vrstvách, které jsou uspořádány nadsebou v prostoru před klasickými spalinovýmiteplosměnnými plochami.

Kotle parní či horkovodní s fluidním jednostup-ňovým ohništěm mají vychlazovací fluidní vrstvu,v níž probíhá spalování paliva. Další teplosměnnéplochy jsou již ve spalinách nad fluidní vrstvouv ohništi. Jsou to tedy klasické teplosměnné plochyprovedené ze svazků paralelních svislých nebovodorovných trubek. Vzhledem k tomu, že sdílenítepla z fluidní vrstvy do teplosměnné plochyprobíhá s několikanásobně větší intensitou nežlisdílení tepla z proudících spalin, je teplosměnnáplocha ve fluidní vrstvě několikrát menší přistejném tepelném výkonu než plocha ve spali-nách. Při spalování méně kvalitního paliva, např.s velkým obsahem popelovin nebo vody, je množ-ství tepla odvedené teplosměnnou plochou z fluid-ní vrstvy poměrně malé. Většina tepla se předáváve spalinách do klasicky uspořádaných ploch.U těchto kotlů se využívá možnosti spálit nekvalitnípalivo ve fluidní vrstvě, ale výhody intensifikacesdílení tepla se využívá jen částečně. Nevýhodou jevšak to, že kotle jsou stále ještě poměrně velké,s velkou hmotností teplosměnných ploch. U někte- rých kotlů se spalováním ve fluidní vrstvě jsou nadspodním fluidním ohništěm provedena ve stejnémtělese kotle další fluidní ohniště o menší ploše.Spaliny ze všech takto uspořádaných ohnišť jsouodváděny společným kanálem. Tento kotel mámenší půdorysnou plochu, větší výšku a možnostiintensifikace sdílení tepla se využívá stejně jakov předchozím případě jen částečně. Spalinámvystupujícím z jednotlivých fluidních ohnišť seodebírá teplo opět v klasických spalinových teplo-směnných plochách.

Rozdělení výrobního tepla mezi plochy v ohništi(spalovací fluidní vrstva) a mezi teplosměnnéplochy ve spalinách je důležité nejen v případěspalování samotných nekvalitních paliv, ale zejmé-na při požadavku spalovat v témže ohništi palivav rozsahu od nekvalitních, tzv. nebilančních paliv,až po kvalitní paliva s vysokou výhřevností.

Pokud je při spalování uvedených paliv požado-ván i široký regulační rozsah kotle, je rozdělenítepla v kotli a zejména pak průběh teplotnícharakteristiky jednotlivých ploch mimořádně dů-ležité. Protože teplota vystupujících spalin zespalovací fluidní vrstvy je poměrně nízká(800 ~ 900 °C) a s výkonem kotle se nemění(např. odsiřování pomocí vápence dávkovaného dofluidní vrstvy) nebo se mění jen málo, nepřipadáprakticky v úvahu sdílení tepla sáláním, ale převáž- 207191 2 207191 ně se jedná o sdílení tepla konvekcí, tedy s výraz-nou souvislostí se změnou výkonu ohniště. Přinízké teplotě spalin vystupujících z ohniště a vyš-ších teplotách a tlacích pracovního media (páry) jevelikost teplosměnných ploch ve spalinách výrazněovlivněna právě velikostí konvekčního součinitelepřestupu tepla ze spalin do plochy.

Uvedené nedostatky odstraňuje kotel s teplo-směnnými plochami ve fluidních vrstvách uspořá-daných nad sebou podle vynálezu, jehož podstatouje to, že horní fluidní vrstva s horní teplosměnnouplochou je vytvořena v celém průřezu spalinvystupujících ze spalovací fluidní vrstvy do hornífluidní vrstvy. Přívod spalinové směsi je provedenjen do spalovací fluidní vrstvy. Dále je podstatou vynálezu to, že horní fluidnívrstva s horní teplosměnnou plochou je rozdělenana nejméně dvě části ve spalinových kanálech.Prostor pod horní fluidní vrstvou je stejně jakoprostor nad horní fluidní vrstvou společný provšechny části horní fluidní vrstvy.

Rovněž je podstatou vynálezu to, že horní fluidní.vrstva s horní teplosměnnou plochou je rozdělenána nejméně dvě části ve spalinových tazích. Prostor pod horní fluidní vrstvou je pro všechny spalinov^é jtahy společný a prostor nad horní fluidní vrstveni!zůstává rozdělen na jednotlivé spalinové tahy pocelé délce spalinové teplosměnné plochy.

Podstata vynálezu je také v tom, že horní fluidnívrstva s horní teplosměnnou plochou je rozdělena ina nejméně jednu část v příslušném spalinovém itahu a nejméně jednu část v příslušném spalinovémkanálu. Prostor pod horní fluidní vrstvou je provšechny spalinové tahy, případně spalinové kanályspolečný a prostor nad horní fluidní vrstvou jevzájemně propojen v libovolném místě spalino- ivých teplosměnných ploch. 5

Také je podstatou vynálezu to, že v prostoru pod ;horní fluidní vrstvou je umístěna vysokoteplotníteplosměnná plocha. Výhodou kotle podle vynálezu je, že využíváintensifikace sdílení tepla v horní fluidní vrstvě,takže teplosměnná plocha je menší. Dále se v horrtífluidní vrstvě zachytí část jemné frakce, která jevynášená ze spalovací fluidní vrstvy, čímž se úlétpopílku z kotle sníží. Výhodou rovněž je, že ploššíteplotní charakteristika teplosměnné plochy v hor-ní fluidní vrstvě příznivě ovlivní celkovou teplotnícharakteristiku kotle a tím i jeho regulační rozsah.Dále je výhodou to, že rozdělení horní fluidnívrstvy na více částí umožní jednodušší konstrukcifluidního roštu této vrstvy i pro kotle velkýchvýkonů a také to, že pomocí regulačních klapekumístěných na výstupu z každého spalinového tahunebo kanálu je možno měnit tepelný výkon teplo-směnných ploch.

Kotel podle vynálezu je v příkladném provedeníznázorněn na přiloženém výkresu, kde na obr. 1 jekotel se dvěma fluidními vrstvami a spalinovýmiteplosměnnými plochami v neděleném tahu kotle,na obr. 2 je znázorněna druhá fluidní vrstva kotlerozdělena na dvě části, přičemž teplosměnné plo- chy ve spalinách jsou společné a na obr. 3 jeznázorněna rozdělená druhá fluidní vrstva společ-ně s teplosměnnými plochami ve spalinách. Na obr.4 je znázorněna druhá fluidní vrstva s částí společ-ných teplosměnných ploch a na obr. 5 vysokotep-lotní teplosměnná plocha v prostoru mezi fluidnímivrstvami.

Podle příkladnéhq provedení (obr. 1) sestávákotel ze stěn 1, v jejichž spodní části je umístěnaspalovací fluidní vrstva 2 s přívody 3 palivové směsia vychlazovací teplosměnnou plochou 4. Nadspalovací fluidní vrstvou 2 je umístěna horní fluidnívrstva 5 s horní teplosměnnou plochou 6. Hornífluidní vrstva 5 není na straně spalin rozdělena navíce části a v prostoru nad ní jsou provedenyspalinové teplosměnné plochy 7. Nad těmito je vestěně 1 kotle proveden výstup 8 spalin z kotle. V jiném příkladném provedení podle obr. 2, jei kotel v prostoru horní fluidní vrstvy 5 rozdělen na dva spalinové kanály 9. V každém z nich je! umístěna část horní fluidní vrstvy 5 s horní teplo- směnnou plochou 6. V dalším příkladném provedení podle obr. 3 jekotel od prostoru horní fluidní vrstvy 5 až po výstup8 spalin z kotle rozdělen na dva spalinové tahy 10.V každém z nich je umístěna část horní fluidnívrstvy 5 s horní teplosměnnou plochou 6 a dálespalinové teplosměnné plochy 7. V příkladném provedení podle obr. 4 je kotel odprostoru horní fluidní vrstvy 5 rozdělen na spalino-vý kanál 9 s části horní fluidní vrstvy 5 s horníteplosměnnou plochou 6 a části spalinové teplo-; směnné plochy 7. Další část spalinové teplosměnnéi· plochy 7 je pak společná pro spaliny vystupující ze spalinového kanálu 9 i spalinového tahu 10. V alternativním provedení může být ve spalino-ί vém kanálu 9 nad horní fluidní vrstvou 5 umístěna rovněž i část spalinové teplosměnné plochy 7.j V alternativních provedeních podle obr. 2, 3, 4 může být kotel rozdělen na větší počet spalino-vých kanálů 9 a spalinových tahů 10 v různékombinaci zapojení. V alternativních provedeních (obr. 1 až 4) můžebýt kotel opatřen kdekoliv v prostoru nad spalovacífluidní vrstvou 2, odběry spalin např. pro recirkula-ci, sušení apod., případně přívody spalin nebovzduchu, např. z recirkulace, sušení, odvzdušněníapod. · í V příkladném provedení podle obr. 5 je v prosto-ru pod horní fluidní vrstvou 5 umístěna vysokotep- Íotní teplosměnná plocha 11.

Spaliny ze spalovací fluidní vrstvy 2 kotle (obr. 1)>roudí přes horní fluidní vrstvu 5, s horní teplo-měnnou plochou 6 do spalinových teplosměnnýchploch 7 a dále do výstupu 8 spalin z kotle. ' Horní fluidní vrstva 5 je vytvořena v celémprůřezu kotle v jednom spalinovém kanálu. Využí-vá se intensifikace sdílení tepla ve fluidní vrstvě,horní teplosměnná plocha 6 je menší (ve srovnáníp plochou v proudu spalin) a má příznivějšícharakteristiku při změně výkonu, protože tepelnývýkon této teplosměnné plochy 6 se mění převážně

Claims (5)

1. Kotel s teplosměnnými plochami ve fluidníchvrstvách uspořádaných nad sebou, vyznačený tím, 207191 tak, že rychlost vystupujících spalin bude menší nežvýstupní rychlost ze spalovací fluidní vrstvy 2,potom je třeba z horní fluidní vrstvy 5 přebytečnouhmotu odvádět. Nebo může být volena tak, žerychlost vystupujících spalin bude větší než výstup-ní rychlost ze spalovací fluidní vrstvy 2, potom dohorní fluidní vrstvy 5 se musí chybějící hmotapřivádět. U tohoto provedení se zvětšuje úletprachových částic, ale rozměry kotle se zmenší. Vespalinovém kanálu 9 nad horní fluidní vrstvou 5 semůže zabudovat klapková mříž, za pomocí které jemožno měnit průtok spalin v jednotlivých spalino-vých kanálech 9. V tomto případě je vhodné řadithorní teplosměnnou plochu 6 v jednom spalinovémkanálu 9 jako např. výparník a v druhém spalirio-vém kanálu 9 pak jako např. přehřívák. U kotle v příkladném provedení podle obr. 3 jsou spaliny vystupující ze spalovací fluidní vrstvy2 rozděleny do dvou spalinových tahů 10 a odděle-ně proudí až k výstupu 8 spalin z kotle. Vespalinovém tahu 10 např. na výstupu ze spalinovéteplosměnné plochy 7 může být zařazena regulačníklapková mříž, a může se měnit průtok spalin mezijednotlivými spalinovými tahy 10. V tomto případěje vhodné řadit horní teplosměnnou plochu 6 a spa-linovou teplosměnnou plochu 7 v každém spalino-YČm tahu 10 jiným způsobem. ' U kotle v příkladném provedení podle obr. 4 jsou spaliny vystupující ze spalovací fluidní vrstvy2 rozděleny např. do spalinového tahu 10 a spali-nóvého kanálu 9. Spaliny z obou se mísí a vstupujído další společné části spalinové teplosměnnéplochy 7. * Vzhledem k odlišné hydraulické charakteristicespalinového tahu 10 a spalinového kanálu 9 dochá-zí zejména při vyšších výkonech kotle ke změněprůtoku spalin mezi spalinovým tahem 10 a spali-ribyým kanálem 9. Změnu průtoku spalin je možnozyýraznit vložením regulační klapkové mříže např.dpi spalinového tahu 10. ^polečnou část spalinové teplosměnné plochy7; je výhodné zařadit jako vstupní plochu ohřívákuvody. jU kotle v příkladném provedení podle obr. 5 Jsou spaliny vystupující ze spalovací fluidní vrstvy2'vychlazovány vysokoteplotní teplosměnnou plo-clibu 11 a pak teprve vstupují do horní fluidnívfstvy 5. V tomto případě je výhodné tuto teplo-směnnou plochu 11 řadit jako výstupní část přehří-vaku páry. i Kotel rozdělený na více spalinových kanálů9 nebo spalinových tahů 10 podle provedení naobr. 2, 3 a 4 je výhodný pro jednotky většíchvýkonů. Jednodušším způsobem lze vytvořit nosnýrošt horní fluidní vrstvy 5 a dále se rozšíří regulačnírozsah kotle. VYNÁLEZU že horní fluidní vrstva (5) s horní teplosměnnouplochou (6) je vytvořena v celém průřezu spalin 4 207191 vystupujících ze spalovací fluidní vrstvy (2) dohorní fluidní vrstvy (5), přičemž přívod (3) spalino-vé směsi je proveden jen do spalovací fluidní vrstvy(2).

2. Kotel podle bodu 1 vyznačující se tím, žehorní fluidní vrstva (5) s horní teplosměnnouplochou (6) je rozdělena na nejméně dvě části vespalinových kanálech (9) a prostor pod hornífluidní vrstvou (5) je stejně jako prostor nad hornífluidní vrstvou (5) společný pro všechny části hornífluidní vrstvy (5).

3. Kotel podle bodu 1 vyznačující se tím, žehorní fluidní vrstva (5) s horní teplosměnnouplochou (6) je rozdělena na nejméně dvě části vespalinových tazích (10), přičemž prostor pod hornífluidní vrstvou (5) je pro všechny sponové tafty(10) společný a prostor nad horní fluidní vrstvou (5) zůstává rozdělen na jednotlivé spalinové tahy (10) po celé délce spalinové teplosměnné plochy (7). .

3 v závislosti na změně teplotního spádu. Součinitelpřestupu tepla z horní fluidní vrstvy 5 do horníteplosměnné plochy 6 se při změně výkonu měníjen málo. Rychlost spalin vystupujících z horní fluidní[ vrstvy 5 je menší než rychlost spalin ze spalovacífluidní vrstvy 2. Při stejném průřezu kotle jerychlost určená teplotou vystupujících spalin z hor-ní fluidní vrstvy 5. To znamená, že jemné částice,které spaliny vynesly ze spalovací fluidní vrstvy 2 sezachytí v horní fluidní vrstvě 5. Teoreticky sehmotnost částic v horní fluidní vrstvě 5 budezvětšovat a proto musí být provedena regulacehladiny horní fluidní vrstvy 5 odpouštěním přebý-vající hmoty. Horní téplosměnná plocha 6 a vychlazovacíteplosměnná plocha 4 může být zapojena jakovýparník, přehřívák, případně mezipřehřívák, při-čemž např. část výparníku může být ve spalovacífluidní vrstvě 2 a zbývající část v horní fluidní vrstvě

5. Totéž platí i pro přehřívák případně mezipře-hřívák. Razení jednotlivých ploch závisí zejména, nakvalitě spalovaného paliva, na rozsahu kvalitativ-ních znaků spalovaných druhů paliv a na vyžadova-ném rozsahu regulace výkonu. Spalinová teplosměnná plocha 7 nad horní fluid-ní vrstvou 5 je klasického provedení např. vesvazcích vodorovných paralelních trubek. Rychlostspalin v této spalinové teplosměnné ploše 7 tpůžebýt větší než u klasických kotlů, protože spalinyobsahují menší podíl prachových částic, takžeintenzita abraze ploch popílkem je menší. Spalinová teplosměnná plocha 7 může být řaze-na jako ohřívač vody, případně jako odpařovacíohřívák vody. Zařadit ji jako přehřívák je možné,ale zřejmě ne efektivní. Tepelný výkon spalinové teplosněnné plochy7 se může měnit vypínáním části této plochy 7 nastraně pracovní látky. Protože spalinová teplo-směnná plocha 7 je již v nízkých teplotách spalin,nehrozí její spálení. Kotel s nedělenou horní fluidní vrstvou 5 v pro-vedení podle obr. 1 je vhodný pro menší výkony,kdy rozměr horní fluidní vrstvy 5 je takový, že jemožno ekonomicky výhodně vytvořit nosný rošttéto horní fluidní vrstvy 5. U kotle, v příkladném provedení podle obr. 2 sespaliny vystupující ze spalovací fluidní vrstvy 2 roz-dělují do dvou spalinových kanálů 9, které jsouprovedeny jen v prostoru horní fluidní vrstvy 5.Nad touto horní fluidní vrstvou 5 se spaliny opětspojí a proudí do spalinové teplosměnné plochy 7.Možnosti řazení teplosměnných ploch kotle jsoustejné jako u provedení podle obr. 1. Velikost horní fluidní vrstvy 5 může být volena PŘEDMĚT

4. Kotel podle bodu 1 vyznačující se tím, žehorní fluidní vrstva (5) s horní teplosměnnouplochou (6) je rozdělena na nejméně jednu částv příslušném spalinovém tahu (10) a nejménějednu část v příslušném spalinovém kanálu (9),přičemž prostor pod horní fluidní vrstvou (5) je provšechny spalinové tahy (10), případně spalinovékanály (9) společný a prostor nad horní fluidnívrstvou (5) je vzájemně propojen v libovolnémmístě· spalinových teplosměnných ploch (7).“ '*

5. Kotel podle bodu 1, 2, 3 a 4 vyznačující setím, že v prostoru pod horní fluidní vrstvou (5) jeumístěna vysokoteplotní teplosměnná plocha (11) . 5 výkresů