FI87012C - Panna och daeri anordnad stoedd vaermeoeverfoeringspanel - Google Patents

Description

1 87012

KATTILA JA SIIHEN SOVITETTU TUETTU LÄMMÖNSIIRTOPANEELI PANNA OCH DÄRI ANORDNAD STÖDD VÄRMEÖVERFÖRINGSPANEL

Esillä oleva keksintö kohdistuu kattilaan, joka käsittää reaktiokanunion ja siihen sovitetun, ainakin yhden ensimmäisen lämmönsiirtolamellin tai putkipaneelin, joka on muodostettu useasta päällekkäin toisiinsa yhdistetyistä vaa-5 kasuorista lämmönsiirtoputkista ja jossa lämraönsiirtolamel-lin tai putkipaneelin päät on tuettu reaktiokammion kahteen vastakkaiseen seinään.

Kattila voi esim. olla varustettu kiertävällä leijukerrok-10 sella, jolloin reaktiokammion alaosaan syötetään kiintoainetta ja leijutuskaasua siten, että kiintoaines leijuuntuu ja ainakin osittain kulkeutuu leijutuskaasun mukana reaktiokammion yläosaan, jolloin kaasun ja kiintoaineen muodostama hiukkassuspensio täyttää rekatiokammion kaasutilan. 15 Hiukkassuspensio johdetaan kammion yläosaan sovitetusta aukosta edelleen reaktiokammion yhteyteen sovitettuun hiukkaserottimeen kiintoaineen erottamiseksi kaasusta. Kaasusta erotetut hiukkaset palautetaan hiukkaserottimesta reaktiokammion alaosaan, josta ne uudelleen virtaavat 20 leijutuskaasun mukana reaktiokammion yläosaan ja näin muodostavat kattilaan kiertävän leijukerroksen.

Leijukerroskattilat soveltuvat erittäin hyvin mitä moninai-simpien kiintoaineiden kuten hiilen, turpeen ja jätteiden 25 polttamiseen. Lämpöä otetaan talteen kattilaan ja kattilan jälkeiseen konvektio-osaan sovitetuilla lämpöpinnoilla. Kattilan seinät voivat olla muodostetut ns. vesiputkisei-nämistä ja kattilaan voidaan sovittaa erillisiä putki-paneeleita tai 1 ämmönsiirtolamelleja polttokammion lämpötila lan alentamiseksi. Kattilan yläosaan ripustetut erilliset 2 87012 lämpöpinnat voivat olla esim. höyrystin- tai tulistin- pintoja.

Höyrystin- tai tulistinpinnat muodostetaan esim. hitsaamalla 5 putkia rinnakkain toisiinsa siten, että ne muodostavat jäykän putkipaneelin tai lamellin. Putkipaneelit voi olla ripustettu reaktiokammion katosta alaspäin tai sovitettu kulkemaan polttokammion yhdeltä seinältä sen vastakkaiselle seinälle, jolloin seinät tukevat ja kannattavat 10 putkipaneeleita. Tällöin putkipaneelit kulkevat seinämien läpi ja yhdistyvät kattilan ulkopuolella kokoojalaatik-koihin. Putket on yleensä tuettu kiinteästi toiseen seinään ja joustavasti esim. paljeerakeentella toiseen seinään. Paljerakenne ottaa vastaan putkipaneelissa tapahtuvan 15 lämpöliikkeen ja tiivistää samalla polttokammion seinään muodostuvan putkien läpimenokohdan.

Kattiloiden koko on ajan myötä kasvanut, ja siten on jouduttu yhä pitempiin putkipaneeliratkaisuihin. Kattiloiden 20 leveys on usein yli 7 - 8 m, jopa 15 - 25 m, ja syvyys yli 5 m. Erillisten lämmönsiirtopaneelien käyttö suurissa kattiloissa onkin osoittautunut hankalaksi, koska putki-paneelit näissä suurissa kattiloissa on tuettava myös tulipesän keskellä, pelkkä paneelien päissä oleva tuki ei 25 enää riitä.

Suuret paneelit ovat alttiita värähtelyille, vääntymisel-le tai taipumiselle. Kaasuvirta tai leijukerroskattilassa lisäksi kiintoainesvirta aiheuttaa painevaihteluita katti-30 lan polttokammiossa ja siten putkipaneelien värähtelyä ja vääntymistä. Myös putkien sisällä virtaava neste tai muu aine, esim. ilma, saattaa aiheuttaa painevaihteluita, jotka johtavat paneelien värähtelemiseen tai vääntymiseen. Mitä pidemmät putkipaneelit ovat sitä alttiimpia ne ovat värähte-35 lemään tai taipumaan alaspäin. Pelkkä putkilamellien oma jäykkyys ei aina riitä pitämään putkipaneeleita suorana, vaan niitä on tuettava ja/tai jäykistettävä.

3 87012 Värähtelyt ja taipumiset voivat aiheuttaa putkien mekaanisen lujuuden heikkenemistä, putkien kulumista, putkimateri-aalien väsymistä sekä korroosion lisääntymistä. Korkea lämpötila ja leijukerroskattilassa virtaavat hiukkaset 5 yleensä pahentavat tilannetta.

Kiertoleijukattiloissa putkipaneelit valmistetaan usein nk. omegaputkipaneeleista, joissa ulkoiselta halkaisijaltaan lähinnä neliön muotoisia putkia on yhdistetty sileiksi 10 paneeleiksi. Leijukerroskattiloissa näissä pystysuorissa, sileissä paneeleissa on kiertävän kiintoaineen kuluttava vaikutus saatu minimoitua. Värähtelyt tai taipumiset pystysuorassa paneelissa aikaansaavat kuitenkin muutoksen sitä ympäröivässä kiintoainesuspensiovirtauksessa, jolloin 15 kiintoainevirran pyörteily paneelin läheisyydessä lisääntyy, mikä aikaansaa paikottaista paneelin kulumista.

Putkipaneeleita on pyritty, kuten patenttijulkaisuissa US 4,706,614, US 4,753,197, US 4,307,777 ja US 4,331,106 on 20 esitetty, tukemaan pystysuunnassa joko polttokammion alaosasta tulevilla tukielimillä tai polttokammion kattoon ripustetuilla tukielimillä. Patenttijulkaisussa US 4,955,942 on lisäksi esitetty putkipaneeli, jossa putket on tuettu toinen toisiinsa välilevyillä.

: : 25 Käytettäessä polttokammion alaosasta tai yläosasta tulevia tukielimiä myös tukielimet on jäähdytettävä, jotta ne kestävät kuumissa olosuhteissa. Paikalliset ylikuumenemiset voivat olla kohtalokkaita tukielimien kestävyydelle. 30 Tukielimet vaativat näin ollen omat jäähdytyskiertonsa ja lisäävät näin ollen kattilan kustannuksia. Tukielimiin kiinnitetyt jäähdyttämättömät ulokkeet ovat vaarassa palaa nopeasti loppuun.

35 Sen lisäksi, että esim. leijukerroskattilan alaosassa oleva tiheä hiukkassuspensio on erittäin kuluttava ja siten huono paikka tukielimille, olisi leijukerrosreaktorin polttokammiossa vältettävä kaikkia ylimääräisiä rakenteita, 4 87012 koska ne vaikuttavat haitallisesti kaasu- ja hiukkassus-pensiovirtauksiin. Rakenteet ovat lisäksi sinällänsäkin omiaan tekemään polttokammiorakenteesta monimutkaisen.

5 Esillä olevan keksinnön tarkoitus onkin aikaansaada kattila, jossa on aikaisemmin tunnettuja lämmönsiirtopaneeliratkaisu-ja paremmin tuettu ja jäykistetty lämmönsiirtopaneeli.

Esillä olevan keksinnön tarkoitus on erikoisesti aikaansaada 10 lämmönsiirtopaneeli, jonka sivuttaisliikkeet on minimoitu.

Esillä olevan keksinnön tarkoitus on siten myös aikaansaada kattila, jonka lämmönsiirtopaneelit ovat aikaisempia ratkaisuja kestävämmät ja vähemmän alttiita kulumiselle.

15

Esillä olevan keksinnön tarkoitus on myös aikaansaada yksinkertainen ja toimiva ratkaisu lämmönsiirtopaneelien tukemiseksi ja/tai jäykistämiseksi kattilassa, erikoisesti leijukerroskattilassa.

20

Edellä esitettyjen tarkoitusperien saavuttamiseksi keksinnön mukainen kattila, jonka reaktiokammioon on sovitettu lämmönsiirtopaneeli, on tunnettu siitä, että reaktiokammioon on lisäksi sovitettu ensimmäisen lämmönsiir-25 tolamellin tai putkipaneelin ala- ja/tai yläpuolelle ristik-käin siihen nähden ainakin - yksi toinen lämmönsiirtolamelli tai putkipaneeli, joka on muodostettu useista päällekkäin jäykästi toisiinsa yhdistetyistä, vaakasuorista lämmönsiirtoputkista ja jonka 30 päät on tuettu reaktiokammion kahteen toiseen vastakkaiseen seinään, tai - yksittäinen lämmönsiirtoputki, jonka päät on tuettu kahteen toiseen vastakkaiseen seinään, ja että - toiseen lämmönsiirtolamelliin, putkipaneeliin tai 35 lämmönsiirtoputkeen on järjestetty elin tai estekappale ensimmäisen lämmönsiirtolamellin tai putkipanelin jäykistämiseksi sivusuunnassa ja/tai tukemiseksi.

5 87012

Keksinnön mukaan voidaan näin sovittamalla lämmönsiirto-paneeleita tai jopa yksittäisiä lämmönsiirtoputkia ristik-käin yksinkertaisesti tukea ja jäykistää niitä, niin että paneelien taipumisilta tai värähtelyiltä johtuvat haitat 5 minimoituvat. Tuetut ja jäykistetyt paneelit pysyvät pystysuorina oleellisesti taipumatta tai värähtelemättä ja kaasu- sekä hiukkasvirtaukset paneelien ohi voivat kulkea ylöspäin oleellisesti paneelien suunnassa häiriintymättä, jolloin virtausten kuluttava vaikutus paneeliin on pienin.

10

Suurissa pitkänmuotoisissa kattiloissa, joissa on kattilan läpi sen pituussuunnassa kulkeva lämmönsiirtopaneeli, voidaan tämän pitkän paneelin ala- ja/tai yläpuolelle sovittaa ristikkäin vaakasuorassa tasossa välimatkan päähän 15 toisistaan kaksi tai useampia ristikkäisiä lämmönsiirto-paneeleita, lamelleja tai lämmönsiirtoputkia tukemaan ja jäykistämään pitkää paneelia.

Sekä lämmönsiirtopaneelin ylä- että alapuolelle sovitettu 20 toinen ristikkäinen paneeli tai lamelli toimii jäykistäjänä ja/tai tukijana. Ristikkäin sovitetut ensimmäiset ja toiset paneelit tai lamellit tuetaan keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaan toinen toisiinsa esim. risteyskohtiin sovitetuilla estekappaleilla, jotka estävät putkipaneelien 25 sivuttaisliikkeet. Näin esim. poikittaisen toisen putki-paneelin ylimpään putkeen hitsataan paneelien risteyskohtaan kaksi estekappaletta noin putken halkaisijan mittaisen välimatkan päähän toisistaan. Poikittaisen putkipaneelin yläpuolelle asennetaan pitkittäinen putkipaneeli siten, 30 että sen alin putki kulkee estekappaleiden muodostaman raon läpi, jolloin estekappaleet estävät alimman putken sivuttaisliikkeet ja samalla siis jäykistävät koko ylemmän putkipaneelin. Vastaavasti voidaan myös toisen paneelin . . alimpaan putkeen paneelien risteyskohtaan kiinnittää 35 estekappaleet, jotka estävät sen alapuolelle sovitetun pitkän paneelin ylimmän putken liikkeet. Myös muita lämmön-siirtolamelleja, jotka eivät ole putkista valmistettuja, voidaan näin tukea toinen toisiinsa.

6 870'5

Keksinnön toisen sovellutusmuodon mukaan kaksi putkipaneelia sidotaan toinen toisiinsa putkipaneelien omilla putkilla. Putkipaneelien uloin putki taivutetaan risteyskohdassa 5 mutkalle ulospäin muista putkista siten, että taivutetun putken ja muiden putkien väliin muodostuu rako tai "silmukka", joka on niin suuri, että ristikkäisen paneelin vastaavasti ulospäin taivutettu putki mahtuu kulkemaan raon läpi. Paneelit voidaan siten asennusvaiheessa yhdistää 10 toinen toisiinsa näillä putkisidonnoilla.

Lämmönsiirtopaneeleita voidaan tietenkin sovittaa useita päällekkäin. Ristikkäisiä paneeleita voidaan sovittaa tarpeen mukaan lämmönsiirtopaneelien väliin, joko joka 15 väliin tai vain esim. joka toiseen väliin. Kattilassa yksi ja sama poikittainen lämmönsiirtopaneeli voi tukea sekä yläpuolelle että alapuolelle sovitettua pitkää lämmön-siirtopaneelia.

20 Keksinnön mukaisissa lämmönsiirtopaneeleissa tai putkissa lämmönsiirtoaineena on edullisesti vesi tai höyry, mutta muukin aine kuten kaasu saattaa tulla kysymykseen prosessista ja lämpötilasta riippuen.

25 Keksinnön mukaiset ratkaisut ovat yksinkertaiset ja ne on helppo toteuttaa jo olemassa oleviin kattiloihin. Ne eivät vaadi ulkopuolisia erillisiä tukirakenteita. Kattilan seinämiin ei tarvitse tehdä tukirakenteiden läpäistäviä aukkoja. Keksinnön mukaiset tukielementit eivät myöskään 30 vaadi erillistä jäähdytystä, koska lämmönsiirtoputket tai lamellit ovat jo itsessään jäähdytetyt. Estekappaleet voidaan valmistaa sellaisista materiaaleista ja sellaisen muotoisina, että ne eivät kuumene liikaa tai että niiden kuumenemisesta ei ole haittaa.

35

Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viittamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää kiertoleijukattilaa, johon on sovitettu 7 87012 keksinnön mukaan tuettuja lämmönsiirtopaneleita; kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaisen kattilan leikkausta viivaa A-A pitkin; kuvio 3 esittää kuvion 2 mukaisen kattilan leikkausta 5 viivaa B-B pitkin; kuvio 4 esittää suurennosta kuviosta 1 lämmönsiirtopanee-leista ja niiden tuennasta; kuvio 5 esittää keksinnön erään toisen sovellutusmuodon mukaista lämmönsiirtopaneelien tuentaa ja 10 kuvio 6 esittää keksinnön erään kolmannen sovellutusmuodon mukaista lämmönsiirtopaneelien tuentaa.

Kuviossa 1, 2 ja 3 on esitetty keksinnön erään edullisen sovellutusmuodon mukainen kiertoleijureaktori, joka käsittää 15 reaktorikammion 10 eli polttokammion tai tulipesän, hiuk-kaserottimen 12 ja erotettujen hiukkasten palautuskanavan 14. Reaktorikammio on poikkileikkaukseltaan suorakaiteen muotoinen ja muodostettu vesiputkiseinämistä 16, 18, 20 ja 22, joista pitkät seinät 16 ja 18 on esitetty kuviossa 1 20 ja lyhyet seinät 20 ja 22 kuviossa 2. Vesiputkiseinät on edullisesti muodostettu yhteenliitetyistä pystysuorista vesiputkista. Reaktorikammion alaosan seinät on suojattu massauksella 24.

25 Reaktorikammion pohjan muodostaa suutinlevy 26, joka on varustettu suuttimilla tai aukoilla 28 leijutuskaasun syöttämiseksi ilmakaapista 30 reaktorikammioon leijupetin ylläpitämiseksi reaktorikammiossa. Kiintoainetta syötetään reaktorikammioon yhteellä 32. Leijutuskaasua tai -ilmaa 30 syötetään reaktorikammioon nopeudella, joka saa osan leijuvasta petimateriaalista jatkuvasti virtaamaan kaasun mukana kammion yläosaan ja sieltä ulos yläosaan sovitetusta aukosta 34 hiukkaserottimeen 12. Hiukkaserottimesta kaasut poistetaan yhteellä 36.

35

Reaktorikammion 10 yläosaan on sovitettu lämmönsiirtopanee-leita tai putkipaneeleita 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52 ja 54. Osa paneeleista 42 ja 46 kulkee reaktorikammion pitkit- β 87012 täissuunnassa seinältä 20 seinäälle 22, muodostaen näin kattilan pitkät länunönsiirtopaneelit. Toiset paneelit 40, 44, 48, 50, 52 ja 54 kulkevat reaktorikammion toiselta pitkältä seinältä 16 sen toiselle pitkälle seinälle 18 5 muodostaen näin kattilan lyhyet, pitkiä lämmönsiirtopaneele-ja tukevat poikittaiset länunönsiirtopaneelit.

Kummatkin lämmönsiirtopaneelit on tuettu seinärakenteisiin ja kulkevat seinien lävitse seinien ulkopuolelle sovitettui-10 hin jskolastikkoihin 56, 58, 60, 62, 64 ja 66. Toinen pää 68, 70 ja 72 kustakin putkipaneeliryhmästä on tuettu kiinteästi seiniin 18 ja 22. Vastaavasti toinen pää 74, 76 ja 78 on sovitettu seiniin 16 ja 20 paljerakenteella 80, 82 ja 84 joka salli putkipaneelien lämpöliikkeen.

15

Kuvio 4 esittää suurennoksena risteyskohdan kuviossa 1 esitetyistä putkipaneeleista 40 Ja 42. Putkipaneelit on muodostettu vesiputkista 86 ja 88, jotka on hitsattu pystysuoriksi paneeleiksi. Putkipaneelin 40 ylimpään 20 vesiputkeen 90 on paneelien risteyskohtaan kiinnitetty kaksi estekappaletta 92 ja 94. Estekappaleet ovat kuvion esittämässä suoritusmuodossa "pollarin" muotoiset. Putki-paneelin 42 alimpaan vesiputkeen 96 on hitsattu kaksi tankoa tai sauvaa 98 ja 100, jotka tukevat putken 96 25 estekappaleiden 92 ja 94 väliin. Näin ylemmän vesiputki-paneelin 42 sivuttaisliikkeet saadaan estettyä ja paneeli pysymään taipumatta pystysuorana.

Lämmönsiirtopaneelit voivat, kuten aikaisemmin on mainittu 30 ja kuten kuviossa 5 on esitetty, olla valmistetut omegaput-kista 186 ja 188, jolloin vesiputkipaneelien 140 ja 142 seinämät ovat lähes täysin sileät. Silloin estekappaleet 192 ja 194 voidaan tehdä poikkileikkaukseltaan esim. kolmion muotoisiksi kuten kuviossa on esitetty. Muunkinlaiset 35 lamelliseinät voidaan tukea vastaavalla tavalla.

Kuviossa 6 on esitetty keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukainen ratkaisu, jossa kahden vesiputkipaneelin 240 β 87012 ja 242 uloimmat vesiputket 290 Ja 296 on taivutettu mutkalle 291 ja 297 siten, että niiden ja putkipaneelien muiden putkien 286 ja 288 väliin muodostuu rako 293 ja 295 siten, että toinen ulompi putki 290 voidaan sovittaa kulkemaan 5 toisen ulomman putken 296 muodostaman raon 295 läpi. Putkilamelli 242 on näin alaosastaan tuettu alempaan putkilamelliin 240 eikä pysty vääntymään. Putkipaneelien asennusvaiheessa tämä keksinnön mukainen ratkaisu on suhteellisen helposti järjestettävissä.

10

Keksintöä ei ole tarkoitus rajoittaa yllä esitettyihin sovellutusmuotoihin, vaan sitä voidaan soveltaa patenttivaatimusten rajoittaman keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (8)

10 8701 2

1. Kattila, joka käsittää reaktiokammion tai polttokammion (10) ja siihen sovitetun, ainakin yhden ensimmäisen lämmön-5 siirtolamellin tai putkipaneelin (42,46,142,242), joka on muodostettu useista päällekkäin jäykästi toisiinsa yhdistetyistä vaakasuorista lämmönsiirtoputkista (86,96,186, 286,296) ja jossa lämmönsiirtolamellin tai putkipaneelin päät on tuettu reaktiokammion kahteen vastakkaiseen seinään 10 (20, 22), tunnettu siitä, että reaktiokammioon on lisäksi sovitettu ensimmäisen lämmönsiir-tolamellin tai putkipaneelin ala- ja/tai yläpuolelle ristik-käin siihen nähden 15. ainakin yksi toinen lämmönsiirtolamelli tai putki- paneeli (40,44,48,50,52,54,140,240), joka on muodostettu useista päällekkäin jäykästi toisiinsa yhdistetyistä vaakasuorista lämmönsiirtoputkista (88,90,188,288) ja jonka päät on tuettu reaktiokammion kahteen toiseen vastak-20 kaiseen seinään (16,18), tai - yksittäinen lämmönsiirtoputki, jonka päät on tuettu kahteen toiseen vastakkaiseen seinään, ja että toiseen lämmönsiirtolamelliin, putkipaneeliin tai 25 lämmönsiirtoputkeen on järjestetty elin (291,297) tai estekappale (92,94,192,194) ensimmäisen lämmönsiirtolamellin tai putkipaneelin jäykistämiseksi sivusuunnassa ja/tai tukemiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kattila, tunnettu siitä, että ensimmäinen putkipaneeli (42,46) on järjestetty kulkemaan kattilan pituussuunnassa yhdeltä päätyseinältä (20) toiselle päätyseinälle (22) ja että toinen putkipaneeli (40,44,48,-35 50,54) tai lämmönsiirtoputki on järjestetty kulkemaan kattilan poikittaissuunnasssa.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kattila, tunnettu siitä. 11 8701 2 että ensimmäisen pituussuuntaisen putkipaneelin (42) alapuolelle on järjestetty vaakasuorassa tasossa välimatkan päähän toisistaan enemmän kuin yksi poikittainen putkipanee-li (40,50) tai lämmönsiirtoputki. 5

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kattila, tunnettu siitä, että alempi putkipaneeli (40,50) on järjestetty tukemaan ylempää putkipaneelia (42).

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kattila, tunnettu siitä, että kattilaan on järjestetty ainakin kaksi päällekkäistä ensimmäistä putkipaneelia (42,45) ja niiden jokaiseen väliin ristikkäinen toinen putkipaneeli (44,52) tai lämmönsiirto-putki, johon on sovitettu ensimmäisten putkipaneelien 15 sivuttaisliikkeen estävä elin.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kattila, tunnettu siltä, että kattilaan on järjestetty enemmän kuin kaksi päällekkäistä ensimmäistä putkipaneelia (42,46) ja niiden joka 20 toiseen väliin ristikkäinen toinen putkipaneeli (44) tai lämmönsiirtoputki, johon on sovitettu ylä- ja alapuolella olevien ensimmäisten putkipaneelien sivuttaisliikkeen estävä elin.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kattila, tunnettu siitä, että ristikkäisen toisen putkipaneelin alimpaan ja/tai ylimpään tai ristikkäiseen lämmönsiirtoputkeen (90), joka on kosketuksessa ensimmäiseen putkipaneeliin, on putki-paneelien risteyskohtaan sovitettu estekappaleet (92,94), 30 jotka estävät ensimmäisen putkipaneelin sivuttaisliikkeet.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kattila, tunnettu siitä, että ristikkäisten putkipaneelien lähinnä toisiaan olevia putkia (290,296) on risteyskohdassa taivutettu mutkalle 35 (291,297) siten, että ensimmäisen putkipaneelin alimman putken (296) ja toiseksi alimman putken väliin muodostuu risteyskohdassa ensimmäinen rako (295) ja vastaavasti toisen putkipaneelin ylimmän putken (290) ja toiseksi i2 8701 2 ylimmän putken väliin muodostuu toinen rako (293) ja että ensimmäisen putkipaneelin alin putki (296) kulkee toisen raon (293) läpi ja toisen putkipaneelin ylin putki (290) kulkee ensimmäisen raon (295) läpi näin sitoen putkipaneelit 5 toisiinsa. i3 8701 2