CZ20002384A3 - Spalovací zařízení s roštovými elementy chlazenými kapalinou - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká spalovacího zařízení s roštovými elementy chlazenými kapalinou, které mají přítok a zpětný tok pro chladicí prostředek.

Dosavadní stav techniky

Roštové elementy pro spalovací rošty chlazené kapalinou, zejména vodou, jsou již dlouho známy ze spisu WO 96/29544 Al a DEPS 624 892. Z prvního spisu je známé uspořádání nádrže, otevřené' do atmosféry, která však dovoluje pouze spojení zpětného toku s atmosférou. Pohyb chladicího prostředku se proto zajišťuje pomocí dopravního čerpadla, takže tlak toho prostředku v okruhu a také průtočné množství, jsou určovány činností čerpadla a regulačního ventilu, zařazeného za ním. Druhý spis zveřejňuje spalovací rošt, na jehož horním konci je upravena nádrž, otevřená do atmosféry. Tato nádrž však neslouží jako kondenzační zařízení, ale umožňuje výstup nízkotlaké páry do atmosféry. Míra ochlazení chladicího prostředku u tohoto spalovacího roštu je víceméně nahodilá, protože není možné libovolně měnit objemový proud primárního vzduchu, který slouží jako zpětné chladicí médium chladicí kapaliny. Jak známo, musí se přiváděný primární vzduch směrovat ke spalovacímu procesu na roštu a v žádném případě tak nemůže způsobit definovanou kondenzaci případně vytvořené vodní páry v oběhovém systému. U moderních spalovacích zařízení je nevýhodná skutečnost, že musí být vynaloženy poměrně vysoké náklady na regulační techniku, aby se na jedné straně • ·

zaručilo dostatečné chlazení roštových elementů a na straně druhé potřebná bezpečnost při nadměrně silném působení horka na tyto roštové elementy.

Úkolem vynálezu je vytvořit spalovací zařízení s chladicím systémem pro roštové elementy, které postačuje pro oběh chladicího prostředku bez regulačních a dopravních zařízení, a u kterého nejsou navíc potřebná žádná zařízení pro zajištění bezpečnosti s ohledem na přetlak v systému.

Podstata vynálezu

Tento úkol splňuje spalovací zařízení s roštovými elementy chlazenými kapalinou, které mají přítok a zpětný tok pro chladicí prostředek, podle vynálezu, jehož podstatou je, že přítok a zpětný tok jsou spojeny s kondenzačním zařízením otevřeným do atmosféry, že v přítoku je uspořádán jímač chladicí kapaliny ve tvaru U, jehož jedno rameno má výšku kapaliny, která vytváří v systému libovolně zvolený maximální tlak, a že druhé, kratší rameno je spojeno s centrálním rozdělovačem pro jednotlivé roštové elementy.

Obzvlášť výhodné provedení, které slouží zejména účelům provozní bezpečnosti, se vyznačuje tím, že horní konec kratšího ramene, spojený s centrálním rozdělovačem, leží ve zvolené bezpečné výšce pod nejnižším bodem proudění chladicího prostředku v nejnižším roštovém elementu.

Kondenzační zařízení otevřené do atmosféry zajišťuje, že i při úplném odpaření chladicího prostředku v oběhovém chladicím systému nemůže vzniknout vyšší tlak, než je dáno výškou kapaliny v dlouhém rameni kapalinového jímače, která je volně volitelná. V praxi se volí »fc fc · fc výška kapaliny o 4,85 m nad nejnižším bodem proudění chladicího prostředku v nejnižším roštovém elementu, aby se zamezilo překročení hodnoty přetlaku v chladicím systému 0,5 bar, protože jinak by toto zařízení spadalo pod předpisy o parních kotlích a jiné bezpečnostní předpisy. Odstup mezi nejnižší hladinou proudění nejnižšího roštového elementu a horním koncem kratšího ramena spojeného s centrálním rozdělovačem je označován jako měřítko bezpečné výšky a udává výšku kapaliny při které v jímce kapaliny ve tvaru U vzniká tlak, který má působit v chladicím systému proti vratnému proudění, i při místním, obzvlášť silném sálání tepla na roštový element, ve kterém dochází odpařováním chladicího prostředku k silnému vytváření bublinek. V praxi se z bezpečnostních důvodů volí tato míra bezpečné výšky tak, že odpovídá dvojnásobné hodnotě výškového rozdílu nejnižšího spalovacího roštu mezi nejvyšším a nejnižším bodem proudění chladicího prostředku v tomto spalovacím roštu.

Aby se vytvořily stejnoměrné tlakové rozdíly mezi každým roštovým elementem a jemu přiřazeným centrálním rozdělovačem, a tím stejnoměrné podmínky proudění u jednotlivých roštových elementů', je podle výhodného dalšího provedení vynálezu upraveno, že centrální rozdělovač pod roštovými elementy roštových stupňů, seřazenými rovnoběžně se směrem proudění a v podélném směru spalovacího roštu, je uspořádán se stálým výškovým odstupem po celé délce spalovacího roštu, který je menší než bezpečná výška.

Stejný důvod vytváří také předpoklad, když v dalším provedení vynálezu má zpětný tok centrální sběrač pro jednotlivé roštové elementy roštových stupňů, zařazené rovnoběžně se směrem proudu, který je uspořádán pod roštovými elementy a v podélném směru spalovacího roštu se stálým výškovým odstupem po celé délce spalovacího roštu, který je menší než bezpečná výška. Uspořádání ····

centrálního rozdělovače i centrálního sběrače s výškovým odstupem od spalovacího roštu, který je menší než bezpečná výška je takové proto, že provozní změny, které je v závislosti na okolnostech někdy nutné provést, mění rozměr bezpečné výšky. V takovém případě by mělo být rovněž zajištěno, že centrální sběrač a centrální rozdělovač mají od spalovacího roštu menší výškový odstup, než odpovídá bezpečné výšce. Tento centrální sběrač a centrální rozdělovač jsou pevně instalovány a dodatečně lze jejich výšku těžko ještě měnit, což pro napojení na kratší rameno jímače chladicí kapaliny ve tvaru U, které určuje odstup bezpečné výšky, v této míře neplatí.

Aby se zajistilo, že rychlost proudění všemi roštovými elementy je co nejvíce stejná a také byl k dispozici nutný tlakový spád pro směrování proudění od centrálního rozdělovače přes roštové elementy k centrálnímu sběrači, je podle dalšího výhodného provedení vynálezu upraveno, že v každém odtokovém vedení mezi roštovým elementem a centrálním sběračem je vestavěna škrticí klapka.

Protože roštové elementy pojmou poměrně málo chladicí kapaliny, je nezbytný určitý zásobník kapaliny, aby při nadměrném odpařování bylo k dispozici stále ještě dostatečné množství chladicí kapaliny. V dalším výhodném provedení vynálezu je tedy upraveno, že druhé krátké rameno jímače chladicí kapaliny ve tvaru U vykazuje dodatečný zásobní objem pro chladicí kapalinu.

Výhodné provedení zásobníku kapaliny se podle vynálezu vyznačuje tím, že krátké rameno jímače chladicí kapaliny je vytvořeno jako nádrž, ve které je delší rameno, menšího průměru ponořeno tak, že dosahuje do blízkosti dna kratšího ramene. Horní uzavřený konec dosahuje těsně pod nejnižší bod proudění chladicího prostředku v nejnižším roštovém elementu a odbočka k centrálnímu rozdělovači • © © © · ©

© © © © vychází z místa pod nejvyšším bodem nádržky. Výhodným způsobem je přitom válcovitá nádrž vyšší než odpovídá geodetické výšce kratšího ramene, to znamená že válcovitá nádrž sahá až přes odbočku k centrálnímu rozdělovači.

Aby se veškerá chladicí kapalina obsažená v chladicím systému přivedla opět zpátky, je v dalším provedení vynálezu spojen centrální sběrač z místa svého nejnižšího bodu vedením se sběrnou kondenzační nádrží. Odtud může být chladicí kapalina přiváděna zpět do systému tak, že sběrná kondenzační nádrž je spojena přes čerpadlo a vedení s kondenzačním zařízením. Je přitom obzvlášť účelné, že vedení podle vynálezu ústí do kondenzačního zařízení rozprašovací tryskou.

Je-li v dalším provedení vynálezu opatřena kondenzační nádrž chladicím zařízením, může být pak kondenzované chladicí médium v ochlazené formě vedeno zpět do kondenzačního zařízení. Vytváří se tak možnost, že v dalším provedení vynálezu je kondenzační zařízení vytvořeno jako deskový kondenzátor s vodou chlazeným chladicím tělesem a s mokrým kondenzačním zařízením, které je k němu možné přiřadit. Přípojné mokré kondenzační zařízení je přitom tvořeno rozprašovací tryskou, kterou je ochlazený kondenzát vystřikován ze sběrné kondenzační nádrže. Toto mokré kondenzační zařízení, u kterého pára zpětně vedená do kondenzačního zařízení kondenzuje na ochlazené vodní kapky, zajišťuje určitým způsobem oběh chladicí kapaliny také ještě poté, když se u vodou Chlazených trubek kondenzačního zařízení vyskytne porucha.

Pokud je v dalším výhodném provedení vynálezu možné uzavřít kondenzační zařízení vůči atmosféře a připojit jej na zdroj vakua, je tak možné chladicí systém spalovacího zařízení uvést zvlášť jednoduchým způsobem do provozu. V tomto případě se poklesem a© ·© ·©·· • » · · * • · © ♦ · • * · · © © © tlaku v parním prostoru kondenzačního zařízení vytváří stejný podtlak v centrálním sběrači, čímž chladicí prostředek proudí způsobem odpovídajícím poklesu tlaku z roštových elementů k centrálnímu sběrači, přičemž je začátek proudění ještě podporován tím, že ve spalovacím prostoru je zapálen nad spalovacím roštem takzvaný najížděcí hořák, který na spalovací rošt působí tepelným sáláním. Tím se chladicí médium, které se nachází v roštových elementech, ohřívá a popřípadě dokonce odpařuje, čímž chladicí systém podle druhu vytápění s přirozeným oběhem uvádí do pohybu.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude následně blíže vysvětlen na příkladu provedení? znázorněném na výkrese. Na jediném obrázku je znázorněno schématickým způsobem spalovací zařízení se spalovacím roštem a chladicím systémem.

Příklady provedení vynálezu

Ve spalovacím prostoru J_ je uspořádán spalovací rošt 2, který má pět za sebou ležících roštových stupňů 2.1. 2.2. 2,3, 2,4 a 2,5, sestavených z vedle sebe ležících roštových elementů, které se překrývají a sklánějí na způsob krytinových tašek tak, že zadní konec spalovacího roštu, na kterém je uspořádán vynášecí válec 3. leží níže než vsázkové místo 4 paliva. Jednotlivé roštové stupně 2.1 až 2,5 jsou chlazené vodou. Tyto jednotlivé roštové stupně jsou spojeny přes přívodní vedení 6. až 10 s centrálním rozdělovačem 5_, sloužícím jako přítok. Tímto vedením se přivádí chladicí kapalina, obvykle voda, k jednotlivým roštovým stupňům, přičemž pro zpětný tok jsou používána odtoková vedení 11 až 15, která jsou opatřena škrticími klapkami 16 až 20, aby v centrálním rozdělovači 5. a jednotlivých <·« ·* • '· · * • * · · • · · · roštových elementech, které mají být chlazeny, vytvořily systémový přetlak. Odtoková vedení 11 až 15 ústí do centrálního sběrače 21. sloužícího jako zpětný tok, od kterého směřuje vedení 22 ke kondenzačnímu zařízení 23.. Kondenzát shromážděný v kondenzačním zařízení 23 teče přes přítok 24 k jímací 25 chladicí kapaliny, vytvořenému jako trubka ve tvaru U. Trubka má delší rameno 26 a kratší rameno 27, které slouží jako zásobník kapaliny a má podstatně větší průměr než delší rameno 26 s průměrem menším, které je do tohoto kratšího ramene, sloužícího současně jako nádoba pro zásobní kapalinu, ponořena a dosahuje téměř k jeho dnu 28.. Spojovací vedení 29 k centrálnímu rozdělovači 1 tvoří horní konec kratšího ramene 27 tohoto jímače 25 chladicí kapaliny ve tvaru U. Z důvodů, které budou ještě blíže vysvětleny, je kratší rameno, které současně vytváří také nádrž 27, prodlouženo přes připojovací místo spojovacího vedení 29. směrem vzhůru. Tento díl 30 nádrže 27 je na obrázku označen příslušnou vztahovou značkou.

Centrální rozdělovač 1 stejně jako centrální sběrač 21 jsou uspořádány pod spalovacím roštem 2 a mají stejný sklon jako spalovací rošt, takže do každého roštového element může přitékat chladicí kapalina pod stejným tlakem.

Z nejnižšího místa centrálního sběrače 21 vychází kondenzační vedení 31, které vede do sběrné kondenzační nádrže 32, která je na svém spodním konci vybavena chladicím zařízením 33.. Ze spodního konce sběrné kondenzační nádrže 32 je kondenzát čerpán pomocí čerpadla 34 vedením 35 ke kondenzačnímu zařízení 23., do kterého je vstřikován rozprašovací tryskou 36. Chladicí trubky 37 kondenzačního zařízení, kterými protéká chladicí prostředek od přítoku 38. po odtok 39. jsou vyznačeny schématicky.

• ftft· ft ft

8, • i ♦ ft ft · ftftft •

Funkce zařízení je následující:

Při uvádění spalovacího zařízení do provozu se chladicí systém, to znamená jednotlivé roštové elementy, centrální rozdělovač 5., jímač 25 chladicí kapaliny a kondenzační zařízení 23., kterými protéká chladicí prostředek, naplní tímto prostředkem do úrovně o něco vyšší než je spojovací vedení 24. V tomto stavu vládne v chladicím oběhu hydraulická rovnováha. Potom se kondenzační zařízení 23, které je při obvyklém provozu otevřené do atmosféry, krátkodobě uzavře a vedením 40 připojí ke zdroji vakua. Tím je způsobeno, že v horním parním prostoru 23.1, který není naplněn kapalinou, existuje určitý podtlak. Pokud je nyní ve spalovacím prostoru zapálen najížděcí hořák, přičemž na spalovacím roštu 2 není dosud žádné palivo, vzniká sálání tepla na spalovací rošt. Ke spalovacímu roštu a tedy také ke chladicímu prostředku, který je obsažen v roštových elementech, je přiváděno teplo, dokud při teplotě 96,72 °C, je-li chladicí systém naplněn vodou, nezapočne přechod z kapalné do parní fáze. Chladicí prostředek se začíná odpařovat a vzniklá sytá pára se přes centrální sběrač 21 a spojovací vedení 22 vede ke kondenzačnímu zařízení 23. které je pak již otevřeno do atmosféry. Sytá pára zde kondenzuje na chladicích trubkách 37. Na základě rozdílu měrné hmotnosti mezi kapalinou v jímači 25 chladicího prostředku a sytou párou v centrálním sběrači a parním prostoru 23,1 kondenzačního zařízení 23 se chladicí prostředek uvádí do oběhu. Kondenzát z centrálního sběrače 21. zachycený ve sběrné nádrži 32 kondenzátu, se v ochlazovacím zařízení 33 ochlazuje a pomocí čerpadla 34 přes vedení 35 vstřikuje do parního prostoru 23.1 kondenzačního zařízení 23.. Toto vstřikování ochlazeného kondenzátu působí jako nástřiková kondenzace, při které pára kondenzuje na chladné kapky kondenzátu, které je tak možné připojit k povrchové kondenzaci. Kromě toho se tak kondenzát, zachycený v centrálním sběrači 21. opět přivádí do oběhu.

a· ·>··

9.

» · » · aaa a

a a aaa • a a aa a

Jímač 25 chladicí kapaliny je dimenzován tak, že má delší a kratší rameno z trubek ve tvaru U, přičemž odstup nejvyššího bodu delšího ramena, který je vytvořen hladinou kapaliny v kondenzačním zařízení 23. od nejnižšího bodu proudění chladicího prostředku v nejnižším roštovém elementu 2,5 je 4,85 m. Je tomu tak proto, aby v systému nevznikl vyšší tlak než 0,5 baru, protože jinak by zařízení spadalo pod předpisy o parních kotlích a jeho konstrukce by se stala nákladnější. Výškový rozdíl mezi nejnižším bodem proudění chladicího prostředku v nejnižším roštovém elementu 2.5 a horním koncem kratšího ramene, který je tvořen spojovacím vedením 29, odpovídá bezpečné výšce, která je přednostním způsobem zvolena tak, že odpovídá zhruba dvojnásobnému výškovému rozdílu mezi nejvyšším roštovým elementem a nejnižším bodem prouděni chladicího prostředku v nejnižším roštovém elementu. Tuto bezpečnou výšku udává vodní sloupec a tím je dán určitý tlak, který je dostatečný k tomu, aby i při nejintenzívnějším vývoji páry v jakémkoliv roštovém elementu působil proti vzniklému tlaku tak, že se nikdy nemůže vyskytnout obrat směru proudění chladicího prostředku. Aby byl zajištěn stálý dostatek tekutého chladicího prostředku, je druhé kratší rameno vytvořeno jako nádrž o větším průměru než má rameno delší, a to nejen proto aby v něm bylo možné uložit tenčí rameno pro vytvoření trubkového systému ve tvaru U, ale také pro vytvoření určitého zásobníku kapaliny, k čemuž slouží zejména díl 30 nádrže 27 vyčnívající směrem vzhůru nad spojovací potrubí 29. Protože kondenzační zařízení 23 je při běžném provozu otevřeno do atmosféry, nemůže v chladicím systému vzniknout vyšší tlak, než je dán výškou vodního sloupce v delším rameni nad nejnižším místem proudění chladicího prostředku v nejnižším roštovém elementu. Tato výška, která je volně volitelná, určuje maximální tlak v systému, zatímco odstup mezi nejnižším bodem proudění v nejnižším roštovém elementu a spojovacím vedením 29 a také nejvyšším bodem

9 ·

·9 *9 * » ·9

9 9

99 kratšího ramene určuje tlak kapaliny, proti kterému působí vanoucí pára vzniklá v roštových elementech, a který by musela překonat, aby bylo možné vynutit obrat proudění chladicího prostředku. Na základě volitelnosti této bezpečné výšky může být protitlak nastaven tak vysoký, že i při nejsilnějším působení tepla, které je možné očekávat na roštový element, nemůže takový objem páry s odpovídajícím tlakem vzniknout.

Claims (13)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spalovací zařízení s roštovými elementy chlazenými kapalinou, které mají přítok a zpětný tok pro chladicí prostředek, vyznačující se tím, že přítok (24) a zpětný tok (22) jsou spojeny s kondenzačním zařízením (23) otevřeným do atmosféry, že v přítoku (24) je uspořádán jímač (25) chladicí kapaliny ve tvaru U, jehož jedno rameno (26) má výšku kapaliny, která vytváří v systému libovolně zvolený maximální tlak, a že druhé, kratší rameno (27) je spojeno s centrálním rozdělovačem (5) pro jednotlivé roštové elementy (2.1 až 2.5).
2. 2. Spalovací zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že horní konec (29) kratšího ramena (27) spojený s centrálním rozdělovačem (5) leží ve zvolené bezpečné výšce pod nejnižším bodem proudění chladicího prostředku v nejnižším roštovém elementu (2.5).
3. 3. Spalovací zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že centrální rozdělovač (5) je uspořádán pod roštovými elementy roštových stupňů (2.1 - 2.5), seřazenými rovnoběžně se směrem proudění s výškovým odstupem, který je stejný po délce celého spalovacího roštu v podélném směru, a který je menší než bezpečná výška.
4. 4. Spalovací zařízení podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že zpětný tok má centrální sběrač (21) pro jednotlivé roštové elementy roštových stupňů (2.1 až 2.5), seřazené rovnoběžně se směrem proudění, který je uspořádán pod roštovými elementy a v podélném směru spalovacího roštu (2) se stejným výškovým odstupem po délce celého spalovacího roštu, který je menší než bezpečná výška.

   «44 44 ··

   4 4 ♦ 4 ·

   4 4 4 · · • 4 4···

   4 >444

   4 44 44 π:.
5. 5. Spalovací zařízení podle jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že v každém odtokovém vedení (11 až 15) je mezi roštovým elementem (2.1 až 2.5) a centrálním sběračem (21) vestavěna škrticí klapka (16 až 20).
6. 6. Spalovací zařízení podle jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že druhé krátké rameno (27) jímače (25) chladicí kapaliny ve tvaru U má dodatkový zásobní objem pro chladicí kapalinu.
7. 7. Spalovací zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že krátké rameno (27) jímače (25) chladicí kapaliny ve tvaru U je vytvořeno jako nádrž, do které je ponořeno delší rameno (26) o menším průměru, sahající do blízkosti dna (28) krátkého ramene (27), že horní uzavřený konec sahá těsně pod nejnižší bod nejnižšího proudění chladicího prostředku v nejnižším roštovém elementu (2.5), a že k centrálnímu rozdělovači (5) je pod nejvyšším bodem válcovité nádrže vedeno odbočení (29).
8. 8. Spalovací zařízení podle jednoho z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že centrální sběrač (5) je spojen ze svého nejnižšího bodu vedením (31) se sběrnou nádrží (32) kondenzátu.
9. 9. Spalovací zařízení podle nároku 8, vyznačující se tím, že sběrná nádrž (32) kondenzátu je přes čerpadlo (34) a vedení (35) spojena s kondenzačním zařízením (23).
10. 10. Spalovací zařízení podle nároku 8 nebo 9, vyznačující se tím, že vedení (35) ústí do kondenzačního zařízení (23) rozstřikovací tryskou (36).

    ·'· fr · fr fc fcfcfc • • fc

    13,:«
11. 11. Spalovací zařízení podle jednoho z nároků 8 až 10, vyznačující se tím, že sběrná nádrž (32) kondenzátu je opatřena chladicím zařízením (33).

    ¹
12. 12. Spalovací zařízení podle jednoho z nároků 1 až 11, i vyznačující se tím, že kondenzační zařízení (23) je vytvořeno jako povrchový kondenzátor s vodou chlazeným chladicím tělesem (37) a zařízením (36) na kondenzaci vlhkosti, které je možné do kondenzátoru zařadit.
13. 13. Spalovací zařízení podle jednoho z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že kondenzační zařízení (23) je možné uzavřít vůči atmosféře a je možné na něj napojit zdroj vakua.