DK173540B1 - Spildvarmekedel - Google Patents

Description

- i - DK 173540 B1

Den foreliggende opfindelse angår genvinding af spildvarme fra kemiske processer, og nærmere bestemt en spildvarmekedel med forbedret styring af køleeffekten.

Spildvarmekedler anvendes almindeligvis til damp-5 generering ved udnyttelse af spildvarme fra en varm processtrøm. Disse kedler er almindeligvis designet som rørbundt svarmeveksler med et stort antal varmevekslerrør anbragt indenfor en cylindrisk skal.

To hovedtyper rørbundtsvarmevekslere anvendes i 10 industrien. Dette er vandrørskedlen, hvor vand/dampbland-ingen strømmer gennem rørene, og ildrørskedlen med den varmeafgivende processtrøm i rørene.

Kedlernes karakteristiske bestanddele er rørene, der er anbragt i rørplader ved bunden og i toppen.

15 I ildrørskedlerne foregår dampproduktion på rørenes skalside ved indirekte varmeveksling med den varme proces-strøm. Skalsiden er gennem et antal stigrør og faldrør forbundet til en overbeholder, som kan være monteret på toppen af kedlen.

20 Det mekaniske design og især dimensionering af de varmeoverførende overflader i rørbundtsvarmevekslere er et særligt problem. Ved driften udsættes disse kedler for høje tryk på skalsiden og betragtelige temperaturforskelle mellem skal- og rørsiden, især ved høje tilsmudsnings- og 25 korrosionsfaktorer i processtrømmene.

Kedler, hvori der behandles tilsmudsende og korrosive processtrømme, skal designes til en højere virkningsgrad end nødvendigt for at sikre tilfredsstillende levetider under kritiske driftsbetingelser. For at tilveje-30 bringe en ønsket og i alt væsentligt konstant køleeffekt ved langtidsdrift skal den varmeoverførende overflade i kedelrørene tilpasses den forventede korrosions- og tilsmudsningsfaktor i processtrømmen, og der kræves således en passende styring for varmeoverføringen og temperaturen. Til 35 dette formål er konventionelt designede kedler udstyret med - 2 - DK 173540 B1 en omløbsledning bestående af et rør med stor diameter, som kan være anbragt indenfor eller udenfor kedelskallen.

Omløbsledningen er almindeligvis isoleret og forsynet med en kontrolventil. Ved opstart og den tidlige 5 drift sendes en del af den varme processtrøm udenom kedelrørene for at begrænse varmeoverføring indenfor det ønskede niveau.

Efter en længere drifttid øges tilsmudsningen og korrosionen i rørene og mængden af den processtrøm, der 10 sendes udenom de varmeoverførende rør reduceres for at tillade en større mængde processtrøm at passere gennem rørene, således at den ønskede køleeffekt bibeholdes. Hovedulempen ved det ovenfor anførte kedeldesign er en kraftig korrosion på metalliske overflader i omløbsled-15 ningen og kontrolventilen, der begge kommer i kontakt med den ukølede processtrøm ved temperaturer op til 1000°C.

Det er formålet med opfindelsen at tilvejebringe en kedel af rørbundtsvarmevekslertype med forbedret varmeoverføring og temperaturstyring uden de ovenfor anførte ulem-20 per.

Opfindelsen angår således en spildvarmekeddel til køling af en varm processtrøm, som omfatter indenfor en cylindrisk skal et antal varmevekslerrør med et indløb og et udløb; og 25 et udløbskammer til udledning af den kølede pro cesstrøm; monteret på skallens organer til indførelse af vand på rørenes skalside; organer til at strømme den varme processtrøm fra 30 rørenes indløb gennem rørene i indirekte varmeveksling med vand på rørenes skalside, for at producere damp og køle processtrømmen; organer til udledning af produceret damp; organer til udledning af den kølede processtrøm, og 35 isoleret omløbsrør med et udløb i kedlens udløbskammer.

DK 173540 B1 - 3 -

Kedlen er ejendommelig ved at den yderligere er forsynet med en injektionsdyse til styring af den varme processtrøm, der strømmer gennem omløbsrøret ved injektion af et fluidum ind i omløbsrørets udløb.

5 Injektionsdysen er i kedlen fortrinsvis installeret i udløbskammeret på omløbsrørets akse og i afstand til omløbsrørets udløb, således at injektionsdysens munding er rettet mod omløbsrørets udløb. Dysen kan være fremstillet af hvilket som helst materiale, der er i stand til at 10 modstå atmosfæren i kammeret.

Passende materialer er valgt blandt metallegeringer og keramiske materialer. Når dysen udsættes for meget høje temperaturer kan det være fordelagtigt at indbygge dysen i temperaturmodstandsdygtigt materiale, såsom keramisk beton 15 eller forformede aluminiumoxidsten, der beskytter dysens overflade mod nedbrydning.

Ved kedlen ifølge opfindelsen undgås problemer, der opstår ved kraftig korrosion på ventiler og andre dele til styring af den varme processtrøm, når disse dele kommer i 20 kontakt med den korroderende varme strøm som er tilfældet i de kendte kedler, hvilket medfører fordelagtigt en længere driftstid.

Mængden af omløbsstrømmen styres ved opfindelsen med et ikke-korroderende fluidum, der injiceres i omløbs-25 strømmen ved omløbsrørets udgang. Trykket i rørets udløb kontrolleres af mængden af det injicerede fluidum og afhænger af den ønskede strømning af varm processtrøm gennem omløbsrøret. Ved en passende indstilling af mængden af injicerende fluidum er det muligt at tilpasse varmeoverføring 30 til forandringer i kedlens tilsmudsning og belastning uden korrosion på styringsorganer.

- 4 - DK 173540 B1

Fluidet til styring af den varme processtrøm kan være en køleprocesstrøm fra kedlens udløb, damp eller en inert gas, såsom hydrogen eller en udluftningsgas fra andre procesenheder, der ledes til injektionsdysen.

5 Det aktuelle fluidum der anvendes til styringen afhænger af den kølede processtrøms efterfølgende anvendelse .

I det følgende beskrives en specifik udførelsesform af opfindelsen. Udførelsesformen er skematisk afbildet på 10 tegningen.

Spilvarmekedel 2 består af skal 4. Skal 4 er forsynet med en indgangsstuds 6 til indførelse af vand og en udgangsstuds 8 til udledning af produceret damp. En varm processtrøm introduceres i kedlen gennem studs 10 i for-15 delkammer 12. Fra kammer 12 sendes processtrømmen ind i varmevekslerrør 14 samt omløbsrør 16. Omløbsrør 16 er udvendig isoleret ved isolering 18. Afkølet processtrøm udledes fra rørene 14 og varm processtrøm fra omløbsrør 16 i et udløbskammer. Den samlede processstrøm sender herefter 20 gennem studs 22 til eksternt udstyr. Mængden af processtrøm der ledes gennem omløbsrør 16 styres ved dyse 24 som beskrevet ovenfor. Fluidet til styringen sendes via ledning 26 til dyse 20.

Når man for eksempel anvender damp som styrings-25 fluidum er den nødvendige mængde, der skal injiceres i omløbsrørets udløb til en ønsket styring af gennemstrømning gennem røret i intervallet mellem nul og fuld gennem strømning bestemt ved følgende formel: 30 ^Pkedel [fcg/cm2] ♦ T2± omløbsrør · tt [cm2] · g [m/sec.2] v mængde damp [rn/sec.) ^ 35 Ved et kedeltryk Δρ 0.03 kg/cm2, en omløbsrørs radius r på 10 cm og en strømningshastighed v i den injicerede damp på 200 m/sek., skal der injiceres 0,46 kg - 5 - DK 173540 B1 damp/sek. for at undertrykke gennemstrømning i omløbsrøret til en værdi på nul.

Ved de ovenfor anførte værdiparametre og betingelser, kan mængden af varm omløbsprocesstrøm indstilles 5 således mellem nul og en maximum gennemstrømningsmængde ved injektion af damp i en mængde på mellem 0,46 og 0 kg/sek.

Claims (3)

1. Spildvarmekeddel til køling af en varm processtrøm, som omfatter indenfor en cylindrisk skal et antal varmevek- 5 sierrør med et indløb og et udløb; og et udløbskammer til udledning af den kølede processtrøm; monteret på skallen organer til indførelse af vand på rørenes skalside; 10 organer til at sende den varme processtrøm fra rørenes indløb gennem rørene i indirekte varmeveksling med vand på rørenes skalside, for at producere damp og køle processtrømmen; organer til udledning af produceret damp; og 15 organer til udledning af den kølede processtrøm, et isoleret omløbsrør med et udløb i kedlens udløbskammer, kendetegnet ved, at udløbskammeret er forsynet med en injektionsdyse til styring af den varme processtrøm, der strømmer gennem omløbsrøret ved injektion af et fluidum ind 20 i omløbsrørets udløb.

2. Kedlen ifølge krav 1, kendetegnet ved, at injektionsdysen er anbragt i udløbskammeret på omløbsrørets akse og i afstand fra rørets udløb, idet injektionsdysens mund- 25 ing er rettet mod omløbsrørets udløb.

3. Kedlen ifølge krav 1, kendetegnet ved, at injektionsdysen er indbygget i temperaturmodstandsd ygtigt materiale. 30