CZ33074U1 - Parní kotel pro spalování odpadů - Google Patents

Description

Oblast techniky

Navržené řešení se týká parního kotle pro spalování odpadů, určeného k výrobě páry v kogenerační jednotce.

Dosavadní stav techniky

V současné době známé zařízení pro energetické využití odpadů, nazývané jako ZEVO, je obvykle uspořádáno jako kogenerační energetický zdroj pro výrobu elektřiny a tepla. Součástí takového energetického zdroje je i parní kotel pro spalování komunálních odpadů, zahrnující spalovací komoru a za ní připojený jeden spalinový tah, nebo za sebou následujících několik spalinových tahů. Odpady, přivedené do kotle, se spalují ve spalovací komoře a vzniklé spaliny se prouděním přes spalinové tahy postupně ochlazují až na potřebnou teplotu, například na cca 200 °C, a takto ochlazené se přivedou do zařízení na čištění spalin. Obvykle se pro ochlazení spalin v parním kotli používá voda, z níž se ohřevem v parním kotli vyrábí pára, která se pak využívá k výrobě elektřiny a k dodávce tepla. Každý parní kotel proto má část teplosměnných ploch uspořádaných jako ohřívák vody, ve kterém se přivedená voda ohřívá převážně na teplotu nižší, než je teplota varu při daném tlaku, a další část teplosměnných ploch má provedenou jako výpamík, ve kterém se přivedená voda odpařuje, a jehož součástí je parní buben, v jehož spodní části se shromažďuje voda o teplotě varu a nad její hladinou, v horní části parního bubnu, se shromažďuje odloučená sytá pára, a poslední část teplosměnných ploch má provedenou jako přehřívák páry, ve kterém se sytá pára, odebíraná z parního bubnu, ohřívá na vyšší teplotu vhodnou pro provoz parní turbíny. Z výše uvedeného je patrné, že současné parní kotle zahrnují parní buben, alespoň jeden vodní ohřívák, alespoň jeden výpamík a alespoň jeden přehřívák páry. Jako vodní ohřívák se označuje zařízení s teplosměnnými plochami, které jsou připojeny přes napájecí čerpadlo na přívod vody od vhodného vodního zdroje, zpravidla nádrže, přičemž vývod z teplosměnných ploch je připojen na vstup do parního bubnu. Jako výpamík se označuje zařízení s teplosměnnými plochami, které mají vstup i výstup připojen do parního bubnu. Jako přehřívák páry se označuje zařízení, které má vstup připojen na horní část parního bubnu, což je část parního bubnu, ve které se shromažďuje pára, a výstup má připojen na vstup do parní turbíny. U současných zařízení je ohřívák, resp. jeho teplosměnné plochy, umístěn v některém spalinovém tahu, obvykle až za výpamíkem. Výpamík v současném zařízení tvoří teplosměnné plochy, uspořádané jako membránové stěny spalovací komory a případně i stěny spalinových tahů.

Například v patentovém spisu JP 2012017923 A je popsán parní kotel, ve kterém se odpady spalují ve spalovací komoře s roštovým ohništěm, a vzniklé spaliny pak proudí přes připojené tři spalinové tahy. První tah je prázdný a ve druhém a třetím tahu jsou umístěné teplosměnné plochy parního kotle. Ohřívák vody je umístěn jako poslední teplosměnná plocha na výstupu spalin ze třetího tahu, jeho vstup je připojen k výstupu z napájecího čerpadla a jeho výstup je připojen k parnímu bubnu kotle. Jako výpamík jsou zapojeny všechny chlazené membránové stěny spalovací komory a spalinových tahů, přičemž spodní vstup do těchto stěn je připojen ke spodní části parního bubnu a horní výstup z těchto stěn je připojen k parnímu bubnu, obvykle v úrovni hladiny vody v parním bubnu.

U některých provedení parních kotlů vyžaduje jejich konstrukce umístit část teplosměnné plochy výpamíku do spalin v některém ze spalinových tahů kotle. I u tohoto provedení výpamíku je u současných zařízení spodní vstup výpamíku připojen ke spodní části parního bubnu a horní výstup výpamíku je připojen k parnímu bubnu, obvykle v úrovni hladiny vody. První spalinový tah parního kotle je prázdný a ve druhém spalinovém tahu je ve spalinách umístěn přehřívák páry, mající vstup připojen k horní části parního bubnu a výstup k parní turbíně.

- 1 CZ 33074 U1

Nevýhodou stávajících zařízení je, že jelikož spalované odpady obsahují chlor, tak teplosměnné plochy s vyšší teplotou stěny jsou vystaveny intenzivnímu působení chloridové koroze. Plochy parních kotlů je v současné době nezbytné alespoň částečně chránit proti poškození chloridovou korozí jednak volbou nízkých parametrů páry, například 4 MPa a 420 °C, nebo různou ochranou snižující intenzitu chloridové koroze a zvyšující životnost ploch parního kotle. Tak například trubky přehříváku páry se chrání navařenou vrstvou ze slitiny odolné proti chloridové korozi, například niklovou slitinou, případně se chrání keramickými obklady na straně spalin. Membránové stěny výpamíku, nacházejícího se ve spalovací komoře, se ve spodní části chrání vyzdívkou. Horní část výpamíku, pod stropem a strop v přechodu do prvního tahu, se chrání navařením ochranné vrstvy, například niklové slitiny. Všechna tato opatření jsou značně drahá a chloridovou korozi neodstraní, jen snižují její intenzitu. Životnost teplosměnných ploch je nízká, části napadené chloridovou korozí se musí vyměňovat a zvyšují se tak provozní náklady.

U parního kotle podle patentu US 6264465 B1 se přivedené odpady spalují ve spalovací komoře s fluidním ohništěm s cirkulující fluidní vrstvou, a vzniklé spaliny pak proudí přes připojené dva spalinové tahy. První spalinový tah je prázdný a ve druhém spalinovém tahu jsou umístěny teplosměnné plochy. Ohřívák vody je umístěn v dutině druhého spalinového tahu, jako poslední teplosměnná plocha na výstupu spalin z druhého spalinového tahu. Vstup tohoto ohříváku vody je připojen přes napájecí čerpadlo k napájecí nádrži opatřené odplyňovacím zařízením a jeho výstup je připojen k parnímu bubnu kotle. Spalovací komora i spalinové tahy mají stěny vytvořeny jako membránové teplosměnné plochy. Všechny membránové stěny, spalovací komory i spalinových tahů, jsou zapojeny jako výpamík. Tyto výpamíky mají spodní vstup do membránových stěn, a ten je připojen ke spodní části parního bubnu. Dále pak mají horní výstup z membránových stěn, a ten je připojen k parnímu bubnu, obvykle v úrovni hladiny vody v parním bubnu. U některých provedení parních kotlů vyžaduje jejich konstrukce umístit část teplosměnné plochy výpamíku do spalin v prostora některého ze spalinových tahů kotle. I u tohoto provedení výpamíku je jeho spodní vstup připojen ke spodní části parního bubnu a jeho horní výstup je připojen k parnímu bubnu, obvykle v úrovni hladiny vody. První spalinový tah parního kotle je prázdný, na vstupu spalin do druhého spalinového tahu je ve spalinách umístěna první část přehříváku páry, jehož vstup je připojen k horní části parního bubnu a jehož výstup je připojen ke vstupu do výstupní části přehříváku páry. Výstupní část přehříváku páry je zde provedena jako fluidní výměník tepla, nacházející se mezi výstupem z odlučovacího cyklonu a vstupem pro materiál fluidní vrstvy, který je ve spodní části spalovací komory.

Také u tohoto zařízení je značnou nevýhodou, že teplosměnné plochy s vyšší teplotou stěny jsou následkem obsahu chloru ve spalovaných odpadech vystaveny intenzivní chloridové korozi. Obvykle jsou chloridovou korozí nejvíce postiženy stěny spalovací komory, stěny prvního spalinového tahu a plochy přehříváku páry, které jsou umístěny ve spalinách vystupujících ze spalovací komory, Plochy parního kotle se u těchto zařízení musí proti působení chloridové koroze chránit nízkou teplotou stěn. Například první část přehříváku, která se nachází ve druhém tahu, se provozuje tak, aby teplota stěny byla například pouze 420 °C, přičemž potřebný ohřev páry na vyšší teplotu, například 500 °C, se provádí až ve drahé části přehříváku, která se nachází ve fluidním výměníku před vstupem do spalovací komory. Protože ve fluidním výměníku nejsou spaliny obsahující chlór, tak není drahá část přehříváku vystavena působení chloridové koroze, i když pracuje s vysokou teplotou stěny. Trubky první části přehříváku, nacházející se ve drahém spalinovém tahu, se u tohoto zařízení chrání navařenou vrstvou ze slitiny odolné proti chloridové korozi, například niklovou slitinou, a/nebo se chrání keramickými obklady na straně spalin. Membránové stěny výpamíku ve spalovací komoře se alespoň ve spodní části chrání vyzdívkou. Membránové stěny výpamíku pod stropem spalovací komory, a také ve stropu spalovací komory v místě přechodu do prvního spalinového tahu, se chrání navařením ochranné vrstvy, například niklové slitiny.

Všechna tato opatření, která je u současných zařízení nutno provádět pro ochranu zejména výstupní části přehříváku páry a pro ochranu výpamíku, jsou značně drahá a chloridovou korozi

-2CZ 33074 U1 neodstraňují, jen snižují její intenzitu. Životnost teplosměnných ploch je nízká, části napadené chloridovou korozí se musí vyměňovat a zvyšují se tak provozní náklady.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody dosavadního stavu odstraňuje navržené řešení. Navržený parní kotel pro spalování odpadů zahrnuje spalovací komoru, jeden nebo několik spalinových tahů, alespoň jeden výpamík pro výrobu páry, napájecí čerpadlo připojené ke zdroji vody, oběhové čerpadlo, parní buben a alespoň jeden ohřívák, mající vstup připojen k napájecímu čerpadlu a výstup zapojen k parnímu bubnu. Výpamík je charakterizován tím, že má vstup i výstup připojen k parnímu bubnu. Podstata nového řešení spočívá v tom, že první ohřívák, uvažováno ve směru pohybu spalin, se nachází ve spalovací komoře, kde svými teplosměnnými plochami tvoří stěnu spalovací komory, přičemž výpamík se nachází ve spalinovém tahu. Pokud je obsaženo více než jeden výpamíků, jsou ve spalinovém tahu, nebo tazích, umístěny všechny obsažené výpamíky a všechny mají vstup i výstup zapojen k parnímu bubnu.

Ve spalinovém tahu je výpamík uspořádán tak, že se jeho teplosměnné plochy nachází v dutině a/nebo tvoří alespoň část stěny spalinového tahu.

S výhodou parní kotel obsahuje alespoň dva ohříváky, z čehož první ohřívák, uvažováno ve směru proudění spalin, tvoří stěnu spalovací komory a druhý ohřívák se nachází v některém spalinovém tahu, a to v dutině spalinového tahu a/nebo jako alespoň část stěny spalinového tahu.

V případě, že jsou obsaženy nejméně dva spalinové tahy, nachází se alespoň jeden ohřívák v posledním spalinovém tahu a alespoň jeden výpamík se nachází v jiném než v posledním spalinovém tahu.

V případě, že jsou obsaženy alespoň tri spalinové tahy, je s výhodou v každém spalinovém tahu alespoň jeden ohřívák a/nebo výpamík.

Ohříváky jsou s výhodou svými vstupy paralelně připojeny k napájecímu čerpadlu a svými výstupy jsou paralelně připojeny k parnímu bubnu.

S výhodou má napájecí čerpadlo dvě čerpací části, a to nízkotlakou část, a vysokotlakou část, kde nízkotlaká část je zapojena mezi vodním zdrojem a vstupem do alespoň jednoho ohříváku a vysokotlaká část je zapojena mezi výstupem z alespoň jednoho ohříváku a parním bubnem. Napájecí čerpadlo uspořádané ze dvou částí, nízkotlaké a vysokotlaké, je běžný typ čerpadla dostupný na trhu, kde jako nízkotlaká část se rozumí konstrukční typ pro tlak 0,2 až 5,0 MPa a jako vysokotlaká část se rozumí konstrukční typ pro tlak 5 až 17 MPa. Jako čerpadlo ze dvou čerpacích částí se zde rozumí i použití nízkotlakého a vysokotlakého čerpadla provedených každé jako samostatný stroj.

V případě použití napájecího čerpadla s nízkotlakou a vysokotlakou částí jsou s výhodou alespoň dva ohříváky svými vstupy paralelně připojeny k nízkotlaké části napájecího čerpadla a svými výstupy jsou tyto ohříváky paralelně připojeny ke vstupu do vysokotlaké části napájecího čerpadla.

S výhodou je alespoň jeden ohřívák svým vstupem připojen paralelně vůči výstupu z vysokotlaké části napájecího čerpadla, přičemž výstup tohoto ohříváku je připojen k parnímu bubnu.

Parní kotel podle navrženého řešení je určen zejména ke spalování odpadů v kogenerační jednotce s turbínou a elektrickým generátorem. Optimálně může být navržené řešení využito například pro způsob a zařízení podle CZ PV 2019-126. Výhodou navrženého provedení je, že na rozdíl od dosavadního stavu, nemá navržený parní kotel žádný přehrivák páry ve spalinách.

-3 CZ 33074 U1

Přehřívák se používá ve spalinách, a tím, že je navrženo řešení parního kotle bez použití přehříváku, odpadají problémy s chloridovou korozí přehříváku. Ušetří se značné náklady na pořízení přehříváku s vysoce legované oceli, na ochranu přehříváku proti korozi, i na údržbu a časté výměny přehříváku. Další výhodou je to, že teplosměnné plochy umístěné ve spalinách s vysokou teplotou, například 600 °C až 950 °C, jsou navrženy jako ohřívák vody, čímž je dosaženo zanedbatelné intenzity chloridové koroze. Je tak dosaženo rovněž snížení pořizovacích nákladů, jednak tím, že pro výrobu tohoto ohříváku lze použít běžné oceli, a jednak tím, že nejsou zapotřebí speciální ochrany povrchu navrženého ohříváku před korozí. Dalších úspor je dosaženo tím, že jsou sníženy provozní náklady na údržbu, případně výměnu prvků parního kotle. Navržené řešení přináší výhody i v tom, že i v prostorách se spalinami s nižší teplotou než 600 °C navrhuje zařadit vysokotlaký výpamík a/nebo ohřívák, přičemž uvedená zařízení takto umístěná mají teplotu stěny podstatně nižší, takže jsou vystaveny nízké intenzitě chloridové koroze a jejich pořizovací i provozní náklady na údržbu jsou výrazně nižší. Dále je výhodou i to, že u kotle lze i během provozu měnit tlak v parním bubnu a tím měnit podle potřeby i poměr dodávky elektřiny a tepla tak, aby se dosáhla co nejvyšší ekonomie provozu.

Souhrnně, navržený parní kotel je konstrukčně vyřešen s ohledem na potřebu výrazně omezit, nebo zcela eliminovat chloridovou korozi. Uvedená potřeba je pomocí navrženého řešení dosažena, a tím je také dosažena možnost podstatně prodloužit životnost parního kotle a jeho součástí. Použití navrženého parního kotle tak jednak prodlouží použitelnost nově pořízeného parního kotle, a jednak přinese výsledky i v podobě úspor nákladů na údržbu. Navržený parní kotel bude možné případně zhotovit i přestavbou stávajícího parního kotle, pokud tento bude provedený jako vysokotlaký parní kotel, což je další výhoda.

Objasnění výkresů

Navržené řešení je objasněno pomocí výkresů, kde schematicky znázorňují

Obr. 1 příklad navrženého parního kotle s jedním spalinovým tahem

Obr. 2 příklad navrženého parního kotle se dvěma spalinovými tahy

Obr. 3 příklad navrženého parního kotle se dvěma spalinovými tahy a s napájecím čerpadlem ze dvou částí, kde jsou všechny obsažené ohříváky připojeny paralelně za nízkotlakou částí napájecího čerpadla

Obr. 4 příklad navrženého parního kotle se třemi spalinovými tahy a s napájecím čerpadlem ze dvou částí, kde je jeden z ohříváků připojen za vysokotlakou částí napájecího čerpadla.

Příklady uskutečnění technického řešení

Příkladem nejjednoduššího provedení navrženého řešení je jednotlakový parní kotel s jedním spalinovým tahem podle obrázku Obr. 1.

Hlavními konstrukčními prvky tohoto parního kotle jsou spalovací komora 1, spalinový tah 2 a parní buben 3. Ve spalovací komoře 1. se nachází rošt 4, k němuž ústí na obrázcích neznázoměný přívod paliva. Parní kotel je uspořádán k tomu, aby se jako palivo použily zejména komunální odpady. Na spalovací komoru 1 navazuje v tomto příkladném provedení jeden spalinový tah 2, zakončený spalinovým výstupem 5. Stěny spalovací komory 1_ tvoří ohřívák 6 vody sestávající z teplosměnných ploch, provedených jako membránové stěny. Propojení prvků je provedeno propojovacím potrubím 7 vhodného typu. Ohřívák 6 má svůj vodní vstup připojen přes napájecí čerpadlo 8 k nádrži, představující zdroj 9 napájecí vody. Vodní výstup ohříváku 6 je připojen k parnímu bubnu 3. Výstup ohříváku 6 a jeho vstup jsou propojeny vodním potrubím

-4CZ 33074 U1

7, na kterém je zařazeno oběhové čerpadlo 10. Parní kotel zahrnuje dále výpamík 11, který se nachází ve spalinovém tahu 2. Toto příkladné provedení obsahuje optimální výpamík 11, který sestává z teplosměnné plochy tvořící stěny spalinového tahu 2, a z teplosměnné plochy nacházející se v dutině spalinového tahu 2, v prostoru pro průchod spalin. Výpamík 11 je svým vstupem i výstupem připojen do parního bubnu 3. Alternativně mohou výpamík 11 tvořit pouze teplosměnné plochy tvořící stěny spalinového tahu 2, nebo teplosměnné plochy umístěné v dutině spalinového tahu 2. V případě teplosměnných ploch tvořících stěny spalinového tahu 2 je výhodné, pokud mají podobu membránové stěny, v případě teplosměnných ploch situovaných v dutině spalinového tahu 2 mohou mít podobu například pouze trubkového svazku. Výpamík 11 předvedený v tomto příkladu lze ovšem současně chápat i jako dva paralelní výpamíky 11, jak také naznačuje značení u vztahové značky, z toho jeden výpamík 11 vestavěný, tvořící stěny spalinového tahu 2 a jeden výpamík 11 zavěšený, situovaný v dutině spalinového tahu.

Při provozu tohoto parního kotle se na roštu 4 spaluje přiváděné palivo, přičemž plamen ze spalování a spaliny vzniklé spálením paliva ohřívají vodu v ohříváku 6 při relativně nízké teplotě stěn ohříváku 6. Horké spaliny, které předaly část svého tepla vodě, postupují přes spalovací komoru 1 do spalinového tahu 2, kde předávají teplo výpamíku 11, a dále spaliny vystupují přes spalinový výstup 5 ven z parního kotle, přes na obrázku neznázoměné čistící zařízení do na obrázku neznázoměného komína. Voda je do ohříváku 6 dodávána ze zdroje 9 pomocí napájecího čerpadla 8. Průtokem napájecí vody přes ohřívák 6 se v ohříváku 6 napájecí voda ohřívá nejvýše na teplotu, odpovídající teplotě varu při odpovídajícím tlaku v parním bubnu 3. Například při tlaku 13 MPa to je 330 °C. Horká voda z ohříváku 6 se přivádí do parního bubnu 3, kde se shromažďuje. Teplosměnné plochy výpamíku 11 jsou chlazeny cirkulující horkou kotlovou vodou, která se odebírá z parního bubnu 3 a po ohřevu spalinami se částečně odpařuje, čímž vzniká parovodní směs. Takto vzniklá parovodní směs se vrací parovodním potrubím 12 zpět do parního bubnu 3. V parním bubnu 3 se z přivedené parovodní směsi odloučí jednak voda o teplotě varu, tedy v uvedeném příkladu při tlaku 13 MPa teplá 330 °C, a jednak sytá pára o stejné teplotě. Voda o teplotě 330 °C se smíchá ve spodní části parního bubnu 3 s horkou vodou přivedenou z ohříváku 6, zatímco sytá pára se shromažďuje v horní části parního bubnu 3. Oběhové čerpadlo 10 zajišťuje potřebný průtok vody v ohříváku 6, umožňující udržení potřebné teploty stěny spalovací komory 1_ z hlediska chloridové koroze. Vysokotlaká horká voda pro kogenerační výrobu elektřiny a tepla se odebírá z parního bubnu 3 vodním potrubím 7, vysokotlaká sytá pára k ohřevu páry před parní turbínou se odebírá z parního bubnu 3 parním potrubím 13 a kondenzát se do parního bubnu 3 vrací vodním potrubím 7.

Výhodou tohoto provedení parního kotle je, že při volbě vhodného tlaku v parním bubnu 3 lze zajistit v ohříváku 6 teplotu nižší, než je teplota varu, a tím výrazně snížit intenzitu chloridové koroze, prodloužit životnost parního kotle a snížit náklady na údržbu. Výhodou je i to, že parní kotel v tomto příkladném provedení lze použít pro provoz s klouzavým tlakem v parním bubnu 3, což umožňuje, při použití v kogenerační jednotce, za provozu parního kotle měnit, při zachovaném příkonu na straně paliva, poměr vyrobené elektřiny a dodaného tepla. Tak například v zimním období, kdy je větší požadavek na dodávku tepla, se v parním bubnu 3 sníží tlak, a tím se dosáhne snížení dodávaného elektrického výkonu kogenerační jednotky při současném zvýšení dodávky tepla. V letním období, kdy je odběr tepla nižší, se tlak v parním bubnu 3 zvýší, tím se dosáhne vyšší dodávaný elektrický výkon na úkor nižší dodávky tepla. Takto lze poměr dodávané elektřiny a tepla měnit i v průběhu denního režimu parního kotle. U navrženého parního kotle se nevyskytuje ani chloridová koroze přehriváku páry, prostě proto, že v něm není žádný spalinový přehřívák páry.

Příkladem jiného provedení navrženého řešení je jednotlakový parní kotel se dvěma spalinovými tahy 2, 14 podle obrázku Obr. 2.

Hlavními konstrukčními prvky tohoto parního kotle jsou spalovací komora 1, dva spalinové tahy 2, 14 a parní buben 3. Ve spalovací komoře 1 se nachází rošt 4, k němuž ústí na obrázcích neznázoměný přívod paliva. Na spalovací komoru 1 navazuje první spalinový tah 2 a na něj

-5 CZ 33074 U1 navazuje druhý spalinový tah 14, zakončený spalinovým výstupem 5. Druhý spalinový tah 14 má stěny provedené jako plechový kanál s izolací. Parní kotel obsahuje dva ohříváky 6, 15 vody. Stěny spalovací komory 1 tvoří první ohřívák 6, sestávající z teplosměnných ploch, provedených jako membránové stěny. První ohřívák 6 má svůj vodní vstup připojen přes napájecí čerpadlo 8 k nádrži, která je zdrojem 9 napájecí vody, a vodní výstup má připojen k parnímu bubnu 3. Druhý ohřívák 15 se nachází ve druhém spalinovém tahu 14 a je v parním kotli připojen paralelně vůči prvnímu ohříváku 6. Výstup prvního ohříváku 6 a vstupy do obou ohříváků 6, 15 jsou propojeny vodním potrubím 7, na kterém je zařazeno oběhové čerpadlo 10. Parní kotel zahrnuje kromě toho i výpamík 11, který se nachází v prvním spalinovém tahu 2. Také toto příkladné provedení obsahuje optimální výpamík 11, který sestává z membránové teplosměnné plochy v případě zabudování ve stěně a trubkového svazku v případě umístění v dutině. Membránová teplosměnná plocha tvoří stěny prvního spalinového tahu 2, a trubkový svazek se nachází v dutině prvního spalinového tahu 2, v prostoru pro průchod spalin. Výpamík 11 je svým vstupem i výstupem připojen do parního bubnu 3. Alternativní možnosti provedení výpamíku 11, i možnost vnímat jej v podstatě jako dva paralelně připojené výpamíky 11 jsou stejné jako v předchozím příkladu. Druhý ohřívák 15 má vstup připojen k výstupu napájecího čerpadla 8 a jeho výstup je připojen k výstupu z prvního ohříváku 6, oba tyto výstupy jsou společným vodním potrubím 7 připojeny do parního bubnu 3. Alternativně mohou být výstupy z obou ohříváků 6, 15 připojené přímo k parnímu bubnu 3. Alternativně je také možné, aby byly ohříváky 6, 15 zapojeny za sebou v sérii.

Parní kotel podle obrázku Obr. 2 pracuje podobně jako parní kotel v předchozím příkladu, s tím rozdílem, že je dvoutahový. Spaliny vzniklé spálením paliva postupují z prvního spalinového tahu 2 do druhého spalinového tahu 14, a teprve z něj vystupují přes spalinový výstup 5. Druhý spalinový tah 14 je prostřednictvím druhého ohříváku 15 chlazen vodou z napájecího čerpadla 8 paralelně se stěnami spalovací komory 1, tedy s prvním ohřívákem 6. Voda, ohřátá průtokem přes druhý ohřívák 15, se smísí s ohřátou vodou z prvního ohříváku 6 a tato směs je přivedena do parního bubnu 3. V alternativním provedení může být ohřátá voda z prvního ohříváku 6 a druhého ohříváku 15 přivedena individuálně přímo do parního bubnu 3. Průtokem napájecí vody přes druhý ohřívák 15 se napájecí voda ohřívá na teplotu nižší, než je teplota varu při odpovídajícím tlaku v parním bubnu 3. Vysokotlaká horká voda pro kogenerační výrobu elektřiny a tepla se stejně jako v předchozím příkladu odebírá z parního bubnu 3 vodním potrubím 7. Vysokotlaká sytá pára k ohřevu páry před parní turbínou se odebírá z parního bubnu 3 parním potrubím 13 a kondenzát se do parního bubnu 3 vrací vodním potrubím 7.

Výhodou tohoto příkladného provedení parního kotle v porovnání s provedením podle předchozího příkladu je, že teplotu spalin ve spalinovém výstupu 5 lze dodržet na požadované hodnotě cca 200 °C pro zařízení pro čištění spalin při jakémkoliv tlaku v parním bubnu 3. Ostatní výhody jsou stejné, jako výhody uvedené v předchozím příkladu.

Dalším příkladem provedení navrženého řešení je dvoutlakový parní kotel se dvěma spalinovými tahy podle obrázku Obr. 3.

Také tento parní kotel obsahuje spalovací komoru 1 s roštem 4, dva spalinové tahy 2, 14, parní buben 3 a výpamík 11. Uspořádání těchto částí parního kotle je stejné, jako v předchozím příkladu. Stejný je i počet ohříváků 6, 15 a jejich umístění v parním kotli. Od předchozího příkladu se tento parní kotel liší především tím, že je obsaženo napájecí čerpadlo 8 mající dvě čerpací části 16, 17, a to nízkotlakou část 16 a vysokotlakou část 17. V případě použití napájecího čerpadla provedeného jako jeden stroj jsou obě části, nízkotlaká i vysokotlaká část 16, 17, uložené na společné hřídeli s pohonem 18 napájecího čerpadla 8, například elektromotorem. Jedná se o běžně dostupné dvoudílné napájecí čerpadlo, mající konstrukčně uzpůsobenou nízkotlakou část 16 pro tlak 0,2 až 5,0 MPa a vysokotlakou část 17 pro tlak 5 až 17 MPa. Vzhledem k volbě dvoudílného napájecího čerpadla 8 je u tohoto provedení dále specificky dořešeno zapojení ohříváků 6, 15. Nízkotlaká část 16 napájecího čerpadla 8 má vstup připojen k vodnímu zdroji 9 a výstup je navržen jako připojený ke vstupu do alespoň jednoho, v tomto

-6CZ 33074 U1 případě do obou, ohříváků 6, 15. Vysokotlaká část 17 je zapojena mezi výstupem z alespoň jednoho, v tomto případě obou ohříváků 6, 15 a parním bubnem 3. Před vstupem do vysokotlaké části 17 napájecího čerpadla 8 se nachází regulační armatura 19. Navržené řešení nevylučuje, že by mohly být ohříváky 6, 15 vody zapojeny v sérii, kde jako první by byl zapojen druhý ohřívák 15 a v sérii za ním by byl první ohřívák 6, uvažováno podle směru průchodu vody. V předvedeném výhodném provedení jsou ohříváky 6, 15 zapojeny paralelně. K výstupu z nízkotlaké části 16 napájecího čerpadla 8 jsou tyto ohříváky 6, 15 připojeny svými vstupy paralelně, přičemž jejich výstupy jsou připojeny přes regulační armaturu 19 ke vstupu vysokotlaké části 17 napájecího čerpadla 8. Výstup z vysokotlaké části 17 je spojovacím vodím potrubím 7 připojen k parnímu bubnu 3.

Při provozu parního kotle podle tohoto příkladného provedení spaliny proudí stejně, jako v parním kotli podle předchozího příkladu. Ze spalovací komory 1 proudí přes první spalinový tah 2 a druhý spalinový tah 14 a vystupují z parního kotle přes spalinový výstup 5. Výpamík 11 je podobně jako u zařízení podle obrázků Obr. 1 a 2 chlazen vysokotlakou napájecí vodou, například 13 MPa. Rozdíl je vtom, že první ohřívák 6 i druhý ohřívák 15 jsou chlazené nízkotlakou napájecí vodou, například o tlaku 1 MPa. Tím, že nízkotlaká část 16 i vysokotlaká část 17 napájecího čerpadla 8 je na společné hřídeli s pohonem 18, tak je u nich zajištěný stejný hmotnostní průtok. Regulační armaturou 19 před vstupem do vysokotlaké části 17 napájecího čerpadla 8 se nastaví požadovaný tlak vody v předchozím nízkotlakém, prvním ohříváku 6. Pro spolehlivý provoz vysokotlaké části 17 napájecího čerpadla 8 se musí zajistit taková teplota vody, aby na jeho vstupu nedošlo k odpařování vody.

Výhodou tohoto příkladného provedení v porovnání s předchozím příkladem je, že při uvedeném nízkém tlaku vody například 1 MPa v prvním ohříváku 6, jmenovitě u stěn spalovací komory 1, je teplota trubek nižší než cca 200 °C, takže lze chloridovou korozi vyloučit, a to i v oblasti stropu spalovací komory E Eliminace chloridové koroze je dosaženo i při vyšší teplotě spalin, až 1000 °C, která může být vyvolána měnící se výhřevností spalovaných odpadů. A protože tento parní kotel nemá spalinový přehřívák páry, tak je u něj vyloučená i chloridová koroze v oblasti přehříváku páry, která postihuje dosavadní známé parní kotle, které přehřívák obsahují. Pokud však při provozu tohoto parního kotle dochází často ke zvýšení teploty spalin nad 850 °C následkem měnící se výhřevnosti spalovaných odpadů, tak i u tohoto příkladného provedení není zcela vyloučena možnost výskytu chloridové koroze v oblasti stropu prvního spalinového tahu 2 a na části trubkové teplosměnné plochy výpamíku 11 v oblasti pod stropem prvního spalinového tahu 2.

Dalším příkladem provedení navrženého řešení je dvoutlakový parní kotel se třemi spalinovými tahy 2, 14, 20 podle obrázku Obr. 4.

Parní kotel obsahuje spalovací komoru 1. s roštem 4, tri spalinové tahy 2, 14, 20, parní buben 3 a výpamík 11. Uspořádání těchto částí parního kotle je podobné, jako v předchozím příkladu, s tím rozdílem, že výpamík 11 je uspořádán až ve druhém spalinovém tahu 14. Parní kotel obsahuje tri ohříváky 6, 15, 21 vody. První ohřívák 6 se nachází ve spalovací komoře 1, kde tvoří její stěny stejně jako v předchozích příkladech. Druhý ohřívák 15 se nachází v prvním spalinovém tahu 2 a třetí ohřívák 21 se nachází ve třetím spalinovém tahu 20. Druhý ohřívák 15 sestává opět ze dvou částí jež případně mohou být vnímány jako dvě zařízení, první je provedena jako membránová stěna prvního spalinového tahu 2, současně tvořící část stěny mezi prvním spalinovým tahem 2 a druhým spalinovým tahem 14, a druhá část je provedena jako trubkový svazek v dutině prvního spalinového tahu 2. Třetí ohřívák 21 je proveden jako trubkový svazek v dutině třetího spalinového tahu 20. Napájecí čerpadlo 8, připojené na zdroj 9 vody, má nízkotlakou a vysokotlakou část 16, 17 na společné hřídeli. První a druhý ohřívák 6, 15 jsou zapojeny jako nízkotlaké, za nízkotlakou částí 16 napájecího čerpadla 8, pracující s tlakem například 1,0 MPa. Výpamík 11 je v tomto příkladném provedení proveden jako část stěny druhého spalinového tahu 14 a trubková teplosměnná plocha v dutině druhého spalinového tahu 14. Má vstup i výstup připojen k parnímu bubnu 3, k němuž je zapojen jako vysokotlaký,

-7 CZ 33074 U1 pracující s tlakem například 13 MPa. Může být ovšem vnímán i jako dva výpamíky 11, jak naznačuje značení na obrázku u vztahové značky. První a druhý ohřívák 6, 15 mají společný výstup do vodního potrubí 7, které je připojeno přes regulační armaturu 19 ke vstupu vysokotlaké části 17 napájecího čerpadla 8. Výstup z vysokotlaké části 17 je pak dalším vodním potrubím 7 připojen k parnímu bubnu 3. Navržené řešení nevylučuje ani alternativní provedení, kde by tyto ohříváky 6, 15 byly provedeny z více dílů zapojených v sérii. První a druhý ohřívák 6, 15 mají vytvořen okruh s na vhodném místě zapojeným alespoň jedním oběhovým čerpadlem 10. V tomto příkladném provedení jsou tedy alespoň dva ohříváky 6, 15, první a druhý, svými vstupy paralelně připojeny k nízkotlaké části 16 napájecího čerpadla 8 a svými výstupy jsou paralelně připojeny na vstup do vysokotlaké části 17 napájecího čerpadla 8. Třetí ohřívák 21 je svým vstupem připojen k vodnímu potrubí 7, vedoucímu od výstupu z vysokotlaké části 17 napájecího čerpadla 8 k parnímu bubnu 3. Výstup z třetího ohříváku 21 je v tomto předvedeném příkladu dalším vodním potrubím 7 vyveden přímo do parního bubnu 3, mimo vodní potrubí 7 propojující vysokotlakou část 17 napájecího čerpadla 8 s parním bubnem 3. Alternativně je možné připojení tohoto třetího ohříváku 21 zpět, do následujícího úseku vodního potrubí 7 zaústěného do parního bubnu 3.

Výhodou tohoto provedení je, že kotel nemá přehrivák páry ve spalinách, takže nejsou problémy s chloridovou korozí přehriváku, ušetří se náklady na materiál z vysoce legované oceli a ochranu proti korozi, i na údržbu a časté výměny. Dále je výhodou to, že teplosměnné plochy umístěné ve spalinách s vysokou teplotou, například 600 °C až 950 °C, tvoří první a druhý ohřívák 6, 15 vody s nízkou teplotou stěny, např. 200 °C, a tedy se zanedbatelnou intenzitou chloridové koroze. Pro výrobu těchto ohříváků 6, 15 lze použít běžné oceli a nejsou zapotřebí ani speciální ochrany jejich povrchu před korozí, takže jsou nízké pořizovací náklady i provozní náklady na jejich údržbu, případně výměnu. Dále je výhodou to, že ve spalinách s nižší teplotou než 600 °C je použit vysokotlaký výpamík 11 a třetí ohřívák 21, které při uvedené teplotě spalin mají teplotu stěny nižší než 370 °C, takže jsou vystaveny nízké intenzitě chloridové koroze. U parního kotle lze i v případě tohoto provedení během provozu měnit tlak v parním bubnu 3, a tím měnit podle potřeby i poměr dodávky elektřiny a tepla tak, aby se dosáhla co nejvyšší ekonomie provozu.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (10)

1. Parní kotel pro spalování odpadů, zahrnující spalovací komoru (1), alespoň jeden spalinový tah (2, 14, 20), alespoň jeden výpamík (11) pro výrobu páry, napájecí čerpadlo (8) připojené ke zdroji (9) vody, oběhové čerpadlo (10), parní buben (3), alespoň jeden ohřívák (6) mající vstup připojen přes napájecí čerpadlo (8) ke zdroji (9) vody a výstup mající připojen do parního bubnu (3), přičemž všechny obsažené výpamíky (11) mají vstup i výstup připojen k parnímu bubnu (3), vyznačující se tím, že alespoň jeden ohřívák (6) se nachází ve spalovací komoře (1), kde svými teplosměnnými plochami tvoří stěnu spalovací komory (1), přičemž všechny v parním kotli obsažené výpamíky (11) se nacházejí ve spalinovém tahu (2, 14, 20).

2. Parní kotel pro spalování odpadů podle nároku 1, vyznačující se tím, že alespoň část alespoň jednoho výpamíku (11) se nachází v dutině spalinového tahu (2, 14, 20), ve kterém je uspořádán.

3. Parní kotel pro spalování odpadů podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že alespoň část alespoň jednoho výpamíku (11) tvoří alespoň část stěny spalinového tahu (2, 14, 20), ve kterém je uspořádán.

-8CZ 33074 U1

4. Parní kotel pro spalování odpadů podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň dva ohříváky (6, 15), z čehož první ohřívák (6), uvažováno ve směru proudění spalin, tvoří stěnu spalovací komory (1) a alespoň jeden další ohřívák (15, 21) se nachází v některém spalinovém tahu (2, 14, 20), a to jako těleso v dutině spalinového tahu (2, 14, 20) a/nebo jako alespoň část stěny spalinového tahu (2, 14, 20).

5. Parní kotel pro spalování odpadů podle nároku 4, vyznačující se tím, že v případě, že jsou obsaženy nejméně dva spalinové tahy (2, 14, 20), nachází se alespoň jeden ohřívák (15) v posledním spalinovém tahu (14, 20) a alespoň jeden výpamík (11) se nachází v jiném než v posledním spalinovém tahu (2, 14).

6. Parní kotel pro spalování odpadů podle nároku 5, vyznačující se tím, že v případě, že jsou obsaženy alespoň tři spalinové tahy (2, 14, 20), nachází se v každém spalinovém tahu (2, 14, 20) alespoň jeden ohřívák (15, 21) a/nebo výpamík (11).

7. Parní kotel pro spalování odpadů podle nároků 4 až 6, vyznačující se tím, že ohříváky (6, 15, 21) jsou svými vstupy paralelně připojeny k napájecímu čerpadlu (8) a svými výstupy jsou paralelně připojeny k parnímu bubnu (3).

8. Parní kotel pro spalování odpadů podle nároků 4 až 7, vyznačující se tím, že jeho napájecí čerpadlo (8) má dvě čerpací části, a to nízkotlakou část (16), pro tlak 0,2 až 5,0 MPa, a vysokotlakou část (17), pro tlak 5 až 17 MPa, kde nízkotlaká část (16) má vstup připojen k vodnímu zdroji (9) a výstup má připojen ke vstupu do alespoň jednoho ohříváku (6, 15) a vysokotlaká část (17) je zapojena mezi výstupem z alespoň jednoho ohříváku (6, 15) a parním bubnem (3).

9. Parní kotel pro spalování odpadů podle nároku 8, vyznačující se tím, že alespoň dva ohříváky (6, 15) jsou svými vstupy paralelně připojeny k nízkotlaké části (16) napájecího čerpadla (8) a svými výstupy jsou paralelně připojeny ke vstupu do vysokotlaké části (17) napájecího čerpadla (8).

10. Parní kotel pro spalování odpadů podle nároků 8 a 9, vyznačující se tím, že alespoň jeden ohřívák (21) je svým vstupem připojen k výstupu z vysokotlaké části (17) napájecího čerpadla (8), přičemž výstup tohoto ohříváku (21) je připojen k parnímu bubnu (3).