FI87106B - Hetvatten- eller aongpanna. - Google Patents

Description

87106

KUUMAVESI- TAI HÖYRYKATTILA HETVATTEN- ELLER ANGPANNA

Esillä oleva keksintö kohdistuu savukaasukattilaan eli 5 höyry- tai kuumavesikattilaan savukaasujen tai kuumien prosessikaasujen sisältämän lämmön talteenottamiseksi höyrynä tai kuumana vetenä. Kattila käsittää pääasiallisesti vaakasuoraan savukaasukanavaan sovitetun konvektio-osan, johon on sovitettu vesi- ja/tai höyryputkia kulkemaan 10 konvektio-osan yläpuolella olevasta yläkammiosta sen alapuolella olevaan alakammioon.

Nykyisin käytössä olevissa savukaasukattiloissa vesi- tai höyryputket yleensä yhdistetään vaakasuoran lieriön muo-15 toisiin ylä- ja alakammioihin, nk. ylä- ja alalieriöihin tai useampaan vaakasuoraan kokoomaputkeen. Kattiloissa, joissa käytetään lieriöitä, vesiputket on taivutettava sopivaan muotoon ennen niiden hitsaamista lieriön kehälle. Putkien taivuttaminen ja sovittaminen kohtisuorasti lieriön 20 kehälle on hankalaa. Ripa- tai eväputkia ei yleensä voida käyttää kattilarakenteissa, joissa putkia joudutaan taivuttamaan. Lämmön talteenoton kannalta evä- tai ripaputket kuitenkin olisivat edullisia. Toisaalta tunnetut kattilara-kenteet, joissa jo nyt on mahdollista käyttää suoria 25 vesiputkia, vaativat suuren määrän vaakakammioita tai vaakasuoria kokoomaputkia, joihin vesiputkia voidaan hitsata yksi rivi yhtä kokoomaputkea kohden. Tunnetut kattilaraken-teet ovat tältä osin valmistusteknisesti huomattavan hankalia ja kalliita.

30

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada parempi ja yksinkertaisempi vesi- tai höyryputkikattilarakenne, jossa edellä mainitut haitat on minimoitu.

35 Keksinnön tarkoituksena on erikoisesti aikaansaada kattila-rakenne, jossa voidaan käyttää suoria vesi- tai höyryputkia.

2 87106

Keksinnön tarkoituksena on vielä aikaansaada savukaasujen lämmön talteenottoon kattilarakenne, jossa voidaan käyttää ripa- tai eväputkirakenteita.

5 Edellä mainittujen tarkoitusperien saavuttamiseksi esillä oleva keksintö on tunnettu siitä, että konvektio-osan yläkammio on muodostettu sivuseinämistä, yläpäädystä ja oleellisesti tasomaisesta vaakasuorasta alapäädystä ja sovitettu vaakasuoran savukaasukanavan päälle ja että 10 alakammio on muodostettu sivuseinämistä, alapäädystä ja oleellisesti tasomaisesta yläpäädystä ja sovitettu vaakasuoran savukaasukanavan alapuolelle. Lisäksi vesi- ja/tai höyryputket ovat oleellisesti koko pituudeltaan suorat ja kiinnitetyt kohtisuoraan sekä yläkammion alapäätyyn että 15 alakammion yläpäätyyn ja sovitetut kulkemaan kaasukanavan läpi kohtisuoraan kaasuvirtaukseen nähden yläkammiosta alakammioon muodostaen siten kaasukanavan konvektio-osan.

Kattilassa on edullisesti teräslevyrakenteinen ylä- ja 20 alakammio, joiden välissä on vesiputkia, jotka voivat olla sileitä putkia, ripaputkia, eväputkia tai muita lämmönsiirtoon sopivia putkia. Ylä- ja alakammioiden väliin on sovitettu savukaasukanava, jossa savukaasu tai jokin muu kuuma prosessikaasu kulkee kohtisuoraan vesiputkiin nähden. 25 Savukaasukanavan seinät voivat olla savukaasun lämpötilasta riippuen teräslevyä, membraaniputkiseinää tai jotakin muuta, kuumuutta kestävää materiaalia. Membraaniputkiseinät on muodostettu vesiputkista, jotka on liitetty toisiinsa ns. lattaevillä. Seinät voivat myös olla päällystetyt 30 tulenkestävällä massauksella, muurauksella tai vastaavalla teräslevyn suojauksella.

Ylä- ja alakammio ovat muodoltaan edullisesti pystymallisia matalia lieriöitä, joiden päädyt voivat olla suoria, kuperia 35 tai lautaspäätyjä. Kammion päädyt on tuettu toisiinsa tukilevyillä paineastianormien mukaisesti sisäisen paineen kestoa varten.

3 87106 Päätyjen muoto on pyöreä, jos konvektio-osan muodostava kammio on tavanomaisen pyöreän lieriön muotoinen. Jos konvektio-osa niin vaatii, päädyt voivat olla esim. soikei-5 ta, ellipsin tai venytetyn ympyrän muotoisia. Päädyt voidaan esim. muodostaa yhdistämällä puoliympyrän muotoiset osat suorakaiteen muotoiseen levyyn. Ylä- ja alakammiot ovat silloin vastaavan muotoiset. Päädyt voivat olla myös neliö-tai suorakaiteenmuotoisia.

10

Keksinnön mukainen kattila on yksinkertainen ja edullinen valmistaa. Keksinnön mukaisella ratkaisulla vältytään hankalilta vesiputkien taivuttamisilta ja taivutettujen putkien hitsaamisilta höyrylieriöiden kehälle. Kattilassa 15 ei liioin tarvita suurta kokoomaputkiverkostoa veden ja höyryn keräämiseksi vesiputkista. Keksinnön mukainen ratkaisu mahdollistaa ripaputkien tai eväputkien käytön ja siten lämmönsiirron tehostamisen.

20 Keksinnön mukainen savukaasukattila on lähinnä tarkoitettu savukaasujen sisältämän lämmön talteenottoon ja hyödyntämiseen. Lämpö siirretään lämmönsiirtopintojen läpi lämmön-siirtonesteeseen, esim. kaukolämpöjärjestelmän veteen. Lämminvesi- tai kuumavesikattilassa lämpö otetaan talteen 25 kuumana vetenä ja höyrykattilassa matalapaineisena höyrynä. Höyrykattilaversiolla voidaan voimalaitoksessa tai teollisuudessa tuottaa tarvittavaa höyryä. Lämmönsiirtoaineena voi olla myös muu neste, esim. niin sanottu kuumaöljy matalapainej ärjestelmissä.

30

Savukaasulähteenä on lähinnä maakaasu- tai polttoöljypoltto esim. kaasuturbiinissa tai dieselmoottorissa, joiden tuottama n. 400 - 600 °C:n lämpötilainen savukaasu johdetaan kattilaan. Kattilassa voidaan ottaa talteen lämpöä myös 35 muista polttoprosesseista tai muunlaisista prosesseista tulevista kuumista kaasuista, joiden lämpötila edullisesti on korkeintaan 1000 - 1500°C. Kattilassa kaasut jäähdytetään n. 70 - 200°C:een riippuen kaasun kokoonpanosta tai esim 4 87106 höyryarvoista. Lämpötilat voivat vaihdella suurestikin edellä mainituista raja-arvoista prosessista riippuen.

Höyrykattilaversiossa yläkammio toimii höyrytilana, josta 5 tuotettu höyry johdetaan käyttökohteeseen. Yläkammioon on sovitettu tarvittavat liitäntäyhteet, varo- tms. laitteita varten. Yläkammioon on myös sovitettu muut tavanomaiset tarvittavat höyrylieriövarusteet, miesluukut, pisaranero-tuslevyt jne.

10

Ylä- ja alakammion välissä on laskuputkia, joita voi olla yksi tai enemmän veden johtamiseksi yläkammiosta alakammi-oon. Osa vesiputkista voi myös toimia laskuputkina joko savukanavan uiko tai sisäpuolella. Yleensä laskuputkia on 15 kaksi kappaletta savukaasukanavan ulkopuolella. Höyrykattilassa kylläinen vesi laskee yläkammiosta alakammioon, josta se savukaasulämmön vaikutuksesta nousee vesiputkia pitkin samalla osittain höyrystyen yläkammioon. Kierto tapahtuu jatkuvana luonnonkiertona veden ja höyryn tiheyden 20 ansiosta.

Lämminvesi- tai kuumavesikattilassa lämmitettävä vesi tuodaan yleensä alakammioon, jossa tuleva vesi vesimäärästä riippuen jaetaan veden ohjauslevyillä virtaamaan putkiin, jotka ovat savukaasukanavan poistopuolella. Vesiputket on 25 vesikattilassa edullisesti jaettu savukaasun virtaussuunnas-sa vedenohjauslevyillä kahteen tai useampaan samansuuruiseen ryhmään. Vesi virtaa joka toisessa putkiryhmässä ylöspäin ja joka toisessa alaspäin. Järjestelyllä aikaansaadaan veden ja savukaasun osittainen vastavirtaus toisiinsa 30 nähden. Yläkammiossa on vastaavat vedenohjauslevyt kuin alakammiossa. Lämmennyt vesi johdetaan yleensä kattilan yläkammiosta käyttökohteeseen. Vesi voi kulkea myös kerralla vesiputken läpi alakammiosta yläkammioon.

35 Vesiputkien jako savukaasun virtaussuunnassa voi olla neliömäinen tai kolmiomainen tai joku muu riippuen kaasun kiintoainepitoisuudesta. Jos putket on jaettu kolmiomaisella jaolla tai sovitettu lomittain, savukaaasut joutuvat vaihta- li 5 87106 maan suuntaa putkien ohi virratessaan, mikä vaikuttaa edullisesti lämmönsiirtoon. Käytetty putkiväli ja putkikoko riippuu mm. kattilatehosta ja kaasumääristä.

5 Savukaasut voivat keksinnön mukaisessa kattilassa kulkea kerralla koko vesiputkipaketin läpi. Putkipaketti voidaan myös jakaa välilevyllä keskeltä kahtia niin, että savukaasut kulkevat välilevyn toisella puolella yhteen suuntaan ja välilevyn toisella puolella vastakkaiseen suuntaan ja pois-10 tuvat samalta puolelta putkipakettia kuin mistä tulivat kattilaan.

Keksintöä selitetään seuraavassa tarkemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa 15 kuvio 1 esittää kaaviollisesti poikkileikkauksena erästä keksinnön mukaista pystysuoraa vesiputkikattilaa, kuvio 2 esittää kuvion 1 leikkausta viivaa A-A pitkin ja kuvio 3 esittää aksonometristä kuvaa keksinnön mukaisesta kattilasta.

20

Kuvioissa 1 ja 2 on esitetty keksinnön mukainen lieriönmuotoinen höyrykattila 10. Höyrykattilan seinämät ovat lämpöeristetyt. Höyrykattila muodostuu pääosiltaan lieriömäisestä konvektio-osasta 12, matalasta lieriön muotoi-25 sesta yläkammiosta 14, matalasta lieriönmuotoisesta alakam-miosta 16, vesiputkista 18 ja savukaasukanavasta 20. Savukaasukanavan seinät 22 on kuvioiden esittämässä sovellu-tusmuodossa valmistettu teräslevystä mutta voivat tarpeen vaatiessa olla vesiputkiseinämiä kuten esim. vesiputkijääh-30 dytteisiä membraaniputkiseinämiä.

Yläkammio 14 on muodostettu pystysuorista sivuseinistä 24, yläpäädystä 26 ja alapäädystä 28. Sivuseinät ovat tavanomaisen lieriön muotoiset. Keksinnön toisissa suoritusmuodoissa 35 sivuseinät voivat muodostaa ellipsin tai venytetyn ympyrän muotoisen pystysuoran lieriön. Lieriön yläpääty 26 ja alapääty 28 ovat kuvan esittämässä kattilassa vaakasuorat ja tasomaiset.

6 87106

Vesiputket on kiinnitetty aukkoihin 30 yläkammion tasomaiseen alapäätyyn 28. Alapääty on kuvan esittämässä kattilassa aivan suora, mutta voi tietenkin olla jonkin verran kupera.

5 Vesiputket on kuitenkin voitava kiinnittää päätyyn niin, ettei, niitä tarvitse taivuttaa. Yläkammion yläpääty on kuvioissa esitetty täysin tasomaisena, mutta se voi vastaavasti olla hieman kupera.

10 Yläkammioon on lisäksi sovitettu tukilevy 32 tukemaan lieriörakennetta. Tukilevyssä on aukot 34, joiden kautta vesi ja höyry pääsee vapaasti liikkumaan yläkammiossa. Höyry poistetaan yläkammiosta putkiaukon 36 kautta. Syöttö-vesi tuodaan yläkammioon putkiaukon 56 kautta. Yläkammioon 15 on lisäksi sovitettu varoventtiileitä 38 ja muita prosessin ohjaukseen tarvittavia elimiä. Aukkoihin 40 yläkammion alapäätyyn 28 on yhdistetty laskuputket 42 höyrystä erotetun veden johtamiseksi alakammioon 16.

20 Alakammio 16 on myös muodostettu pystysuorista sivuseinistä 44, alapäädystä 46 ja yläpäädystä 48. Kuvioiden esittämässä suoritusmuodossa päädyt ovat vaakasuoria ja täysin tasomaisia. Ne voivat kuitenkin, kuten yläkammion päädyt, tarpeen vaatiessa olla hieman kuperat. Vesiputket 18 on kiinni-25 tetty alakammion yläpäädyssä 48 oleviin aukkoihin 50. Alakammiossa on myös tukilevy 52, jossa on aukot 54.

Konvektio-osan muodostavassa kammiossa 12 on suuri määrä pystysuoria taivuttamattomia vesi/höyryputkia 18. Kuvioissa 30 vain osa putkista on näytetty. Putkien halkaisija on yleensä pienempi kuin mitä kuviossa on esitetty. Lämmönsiirron tehostamiseksi putket voivat olla ripaputkia, jolloin putkiin on kiinnitetty ripoja 58. Myös esim. eväputket sopivat käytettäväksi lämmönsiirtoputkina.

Savukaasukanava 20 on, kuten kuvasta 2 käy ilmi, johdettu lieriömäisen kattilan läpi siten, että osa 60 lieriömäisestä kattilasta jää savukaasukanavan ulkopuolelle. Varsinainen 35 7 87106 konvektiokammio, johon vesi/höyryputket on sovitettu, jää savukaasukanavan sisään. Laskuputket 42 kulkevat savu-kaasukanavan ulkopuolelle jäävässä osassa 60. Laskuputket voidaan myös järjestää kulkemaan varsinaisessa konvektio-5 osassa.

Kuviossa 3 on esitetty lämminvesi- tai kuumavesikattila 62. Kattilan ylä- ja alakammion päädyt 26, 28, 46 ja 48 ovat nk. lautaspäätyjä. Vesi tuodaan kattilaan putkiaukon kautta 10 alakammioon ja kulkee vesiputkien läpi yläkammioon. josta lämmennyt vesi johdetaan putkiaukon kautta ulos kattilasta.

Keksintöä ei ole tarkoitus rajoittaa yllä esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan muunnella ja soveltaa 15 oheisten patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (15)

1. Höyry- tai kuumavesikattila, savukaasujen tai kuumien prosessikaasujen sisältämän lämmön talteenottamiseksi 5 höyrynä tai kuumana vetenä, missä kattila käsittää - pääasiallisesti vaakasuoraan savukaasukanavaan (20) sovitetun konvektio-osan (12), johon on sovitettu vesi-tai höyryputkia (18) kulkemaan konvektio-osan yläpuolella olevasta yläkammiosta (14) konvektio-osan alapuolella 10 olevaan alakammioon (16), tunnettu siitä, että - yläkammio (14) on muodostettu sivuseinämistä (24), yläpäädystä (26) ja oleellisesti tasomaisesta alapäädystä (28) ja sovitettu vaakasuoran savukaasukanavan (20) päälle, 15. alakammio (16) on muodostettu sivuseinämistä (44), alapäädystä (46) ja oleellisesti tasomaisesta yläpäädystä (48) ja sovitettu vaakasuoran savukaasukanavan (20) alapuolelle ja että - vesi- tai höyryputket (18) ovat koko pituudeltaan 20 suorat ja kiinnitetyt oleellisesti kohtisuoraan sekä yläkam- mion alapäätyyn (28) että alakammion yläpäätyyn (48) ja sovitetut kulkemaan kaasukanavan läpi kohtisuoraan kaasuvir-taukseen nähden yläkammiosta alakammioon muodostaen siten kaasukanavaan konvektio-osan (12). 25

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kattila, tunnettu siitä, että kattila käsittää pystysuoran lieriön muotoisen kammion, jonka läpi savukanava on järjestetty kulkemaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kattila, tunnettu siitä, että yläkammio on pystysuoran lieriön muotoinen.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kattila, tunnettu siitä, että alakammio on pystysuoran lieriön muotoinen. 35

5. Patenttivaatimusten 3 tai 4 mukainen kattila, tunnettu siitä, että lieriömäisen kammion päädyt ovat suoria eli tasomaisia. 9 87106

6. Patenttivaatimusten 3 tai 4 mukainen kattila, tunnettu siltä, että lieriömäisen kammion päädyt ovat lautaspää-tyjä. 5

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kattila, tunnettu siitä, että yläkammio ja alakammio ovat ellipsin tai pitkäksi venytetyn ympyrän muotoisia.

8. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kattila, tunnettu siitä, että pystysuoraan lieriöön on savukanavan ulkopuolelle sovitettu yksi tai useampi höyry- tai vesiputkien kanssa samansuuntainen laskuputki (42).

8 87106

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kattila, tunnettu siitä, että konvektio-osaan on savukanavan sisäpuolelle sovitettu yksi tai useampi höyry- tai vesiputkien kanssa samansuuntainen laskuputki.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kattila, tunnettu siitä, että höyry- tai vesiputkiin on sovitettu eviä (58) lämmönsiirron parantamiseksi.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kattila, tunnettu siitä, 25 että höyry- tai vesiputkiin on sovitettu ripoja lämmönsiirron parantamiseksi.

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kattila, tunnettu siitä, että yläkammioon ja/tai alakammioon on sovitettu tukilevyjä 30 (32) kammioiden tukemiseksi ja virtauksen ohjaamiseksi kammioissa.

13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kattila, tunnettu siitä, että ylä- ja alakammio on muodostettu siten, että vesi 35 ja/tai höyry kulkee kaikissa putkissa samaan suuntaan.

14. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kattila, tunnettu si itä, että ylä- ja alakammio on muodostettu siten, että vcv.i 87106 10 ja/tai höyry kulkee toisissa putkissa yhteen suuntaan ja toisissa putkissa vastakkaiseen suuntaan.

15. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kattila, tunnettu siitä, 5 että yläkammio ja alakammio ovat teräsrakenteisia. 87106 11