FI87686B - Panna eller aonggenerator - Google Patents

Description

Kattila tai höyrynkehitin 1 87686

Keksinnön tausta A. Keksinnön ala 5 Tämän keksinnön kohteena kattila tai höyrynkehitin, joka käsittää vaipan, vaippaan sovitetun suurtehopoltto-laitteen, vaippaan sovitetun kierreputkiryhmän, tulipesän, joka määrittelee polttokammion polttolaitteessa, jolloin tulipesä on muodostettu tulenkestävästä materiaalista, 10 tulipesän ensimmäisessä päässä olevan poltinaukon, kaven-nuskohdan, jossa on sisähalkaisija ja ulkohalkaisija ja joka on sovitettu asemaan, jossa se on altis korkealämpö-tilaisille polttokaasuille, jotka aikaansaavat vakioarvoi-sen säteissuuntaisen lämpötilagradientin, joka pienenee 15 mainitusta sisähalkaisijasta mainittuun ulkohalkaisijaan päin, ja jossa kavennuskohta on tulenkestävää materiaalia, joka pääasiassa muodostuu magnesium-, alumiini- ja piiok-sideista.

B. Tekniikan tason kuvaus 20 Kattiloihin ja höyrynkehittimiin kuuluu tyypilli sesti polttolaite. Polttolaite käsittää tulipesän, jonka yhdessä päässä on poltinaukko ja toisessa päässä tulenkestävästä materiaalista valmistettu kavennuskohta. Palaminen tapahtuu tulipesässä ja tulipesän lämpötila kohoaa suurte-25 hopolttolaitteissa aina 1400 °C asti. Palamisen aikana tulipesässä tapahtuu kaasujen kiertoa ja kuumat kaasut siirtyvät kavennuskohdan kautta kattilan siihen osaan, jossa sijaitsee kierreputkiryhmä tai lämmönvaihdin. Kavennuskoh-. . dan toinen sivu on alttiina kuumille lieskoille ja toisen, 30 tulipesän ulkopuolisen sivun lämpötila on alhaisempi, luokkaa 100 °C. Massiivisella tulenkestävällä kavennuskoh-dalla on hyvin alhainen lämmönjohtavuus, noin 3,1 W/mK. Tämä korkeiden lämpötilojen ja alhaisen lämmönjohtavuuden yhdistelmä aikaansaa hyvin suuria lämpötilagradientteja, 35 mistä on puolestaan seurauksena vaihteleva lämpökuormitus, 2 3 7 6 8 6 joka aiheuttaa tuhoisia rakennevaurioita tai halkeamia kauttaaltaan koko tulenkestävässä kavennuskohdassa.

Halkeilun lisäksi kavennuskohdan tulipesän puoleisella sivulla tapahtuu pintasäröilyä ja rapautumista. Tämä 5 kavennuskohdan otsapinnan vaurioituminen heikentää kiertoa tulipesässä ja lopettaa sen joskus kokonaan. Koska kierron väheneminen kasvattaa palamattomien polttoainehiukkasten määrää, heikentynyt tai lakannut kierto alentaa olennaisesti kattilan hyötysuhdetta.

10 Tähän saakka on pyritty pienentämään liekin lämpö- tilagradientteja, jotta voidaan välttää kavennuskohdan vaurioituminen. Liekin lämpötilaa alennetaan yleensä käyttämällä suurempia määriä palamisilmaa. Tämä toimenpide alentaa kuitenkin palamishyötysuhdetta ja lisää ilmakehään 15 joutuvien saasteiden määrää.

Lujitemateriaalitekniikassa on betoniin sekoitettu teräsnauloja betonista valmistettavan rakenteen lujittamiseksi. Esimerkkejä teräsbetonista, jossa on estetty veto-taikka lämpöjännitysten aiheuttama halkeilu, löytyy US-20 patenteista 3 429 094 ja 3 500 728. Näissä patenteissa tavoitteena on lujuuden parantaminen eivätkä ne paranna polttolaiteen suorituskykyä tai tehosta lämmönjohtavuutta.

Keksinnön yhteenveto

Esillä olevan keksinnön eräänä tarkoituksena on ' 25 saada aikaan uusi ja parannettu kavennuskohta kattilan suurtehopolttolaitetta varten.

Keksinnön toisena tarkoituksena on saada suurtehopolttolaitetta varten uusi ja parannettu kavennuskohta, jonka rakenne pienentää lämpötilagradienttia sen ylitse. 30 Edelleen keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä palamishyötysuhteen parantamiseksi suurtehopolt- : tolaitteessa.

* : Lisäksi keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä ja rakenne, joka estää suurtehopolttolaitteen 35 kavennuskohdan vaurioitumisen, jotta voidaan parantaa polttolaitteen hyötysuhdetta.

3 ^ 7 686

Mainittujen tarkoitusten saavuttamiseksi keksinnölle on tunnusomaista, että tulenkestävä materiaali käsittää ruostumatonta terästä olevaa kuitumateriaalia lämmönjohto-kyvyn parantamiseksi ja mainitun gradientin pienentämisek-5 si, jolloin metallimateriaali on tasaisesti jaettuna tulenkestävässä materiaalissa. Palaminen tapahtuu tulipesän muodostamassa palotilassa poltinaukon ja kavennuskohdan välissä. Kavennuskohta tehostaa kiertoa palotilassa ja siihen kohdistuu huomattavia lämpötiloja, jotka synnyttä-10 vät lämpötilagradientin kavennuskohdan ylitse.

Keksinnön periaatteen mukaan joukko ruostumattomia teräsnauloja on sekoitettu tai jaettu umpimähkäisesti kauttaaltaan koko kavennuskohdan tulenkestävään materiaaliin ja ne edistävät lämmön kulkua kavennuskohdan lävitse 15 pienentäen lämpötilagradienttia. Teräsnaulojen käyttäminen tulenkestävän kavennuskohdan tehollisen lämmönjohtavuuden parantamiseksi vähentää kaasun aiheuttamaa kulutusta kavennuskohdan palotilan puoleisessa otsapinnassa, joka synnyttää palotilaan kiertovyöhykkeitä polttoainehiukkasten 20 täydellisen palamisen varmistamiseksi.

Lyhyt piirustusten kuvaus

Keksinnön edellä mainitut ja muut tarkoitusperät, edut ja uudet piirteet käyvät ilmi seuraavasta keksinnön oheisissa piirustuksissa esitetyn edullisen sovellutusmuo-25 don yksityiskohtaisesta kuvauksesta.

Kuvio 1 esittää pystykuvantoa järjestelmästä, johon sisältyy keksinnön periaatteen mukaan rakennettu kavennus-kohta .

Kuvio 2 on poikkileikkauskuvanto tulipesästä, jossa 30 on keksinnön mukainen kavennuskohta.

Kuvio 3 on leikkauskuvanto pitkin viivaa 3-3 ku-: viossa 2.

Edullisen sovellutusmuodon kuvaus

Kun tarkastellaan aluksi kuviota 1, siinä on esi-35 tetty höyrynkehitin, jota on merkitty yleisesti viitenume rolla 10. Höyrynkehittimen 10 rakenne on yleisesti selos- 4 »7686 tettu US-patentissa 3 226 038, johon tässä viitataan. Höy-rynkehitin 10 on tehokas lämmönvapautusjärjestelmä, joka luovuttaa lämpöä kaksi - viisi kertaa enemmän kuin vastaavat muut höyrynkehittimet. Höyrynkehittimeen 10 kuuluu 5 polttolaite 11, jossa palaminen kehittää kuumia kaasuja, jotka lämmittävät vettä, joka virtaa lämmönvaihtimen tai kierreputkien 12 lävitse. Vettä ja höyryä pumpataan kier-reputkien 12 lävitse pumpulla 13 ja höyry erotetaan vedestä lieriössä 14.

10 Polttolaitteeseen 11 kuuluu tulipesä 15, jota ympä röi ulkokuori 16, joka muodostaa syöttökammion 17 ja sisältää polttimen 18. Syöttökammioon 17 johdetaan ilmaa puhaltimella 19. Tulipesä 15 koostuu tulenkestävällä materiaalilla vuoratusta säiliöstä 15A, jonka yhdessä päässä 15 on poltinaukko 20 ja toisessa kavennuskohta 21. Kavennus-kohdassa 21 on kartiomainen takapinta 22 tulipesästä 15 tulevan lämpöenergian jakamiseksi kunnolla höyrynkehitti-men lämmönvaihtopinnalle, jolla kierreputket 12 sijaitsevat.

20 Kavennuskohta 21 muodostaa palamiskaasujen virtaus- reitille supistuksen ja se on sijoitettu järjestelmään strategisesti siten, että se synnyttää kiertovyöhykkeitä 24. Kiertovyöhykkeet 24 muodostuvat pyörteistä, jotka sekoittavat palamattomia hiukkasia täydellisemmän palami-• 25 sen aikaansaamiseksi. Ilman kiertovyöhykkeitä 24 kavennus- kohtaan 21 kertyy hiilikerros, joka hidastaa virtausta ja ·. . alentaa kattilan 10 hyötysuhdetta.

Palotilan tulenkestävä materiaali, kuten kavennus-. . kohta 21, on altis ulkoisille ja sisäisille halkeamille 30 suurten lämpökuormitusgradienttien johdosta. Nämä suuret gradientit johtuvat paksusta ja epäsymmetrisestä rakenteesta, kuten kavennuskohdasta 21, jolla on alhainen läm-mönjohtavuus. Halkeilu on suurin kuumennus- ja jäähdytys-jaksojen aikana, jotka johtuvat kattilan tai höyrynkehit-35 timen 10 vaihtelevista höyrykuormista. Tällöin lämpötila-gradientti muuttuu nopeimmin.

5 87606

Seuraavaksi viitataan kuvioon 2, jossa kavennuskoh-dan 21 otsapinta 26 joutuu alttiiksi 1400 - 1650 °C lämpötiloille, minkä seurauksena suuret lämpövuot pyrkivät läpäisemään massiivisen kavennuskohdan 21. Syntyvä lämpö-5 shokki ja siitä aiheutuva lämpökuormitus aikaansaavat tuhoisia halkeamia kavennuskohtaan 21.

Kavennuskohdan 21 otsapintaan 26 kohdistuvat korkeat lämpötilat aiheuttavat pintaan 26 myös pintasäröilyä ja rapautumista pääasiassa katkoviivojen 28 ja 29 välisel-10 lä alueella kuviossa 3. Tämä pinnan 26 vaurioituminen heikentää kiertovyöhykkeitä 24 ja saattaa joskus lopettaa ne, josta on seurauksena kattilan hyötysuhteen aleneminen.

Näiden lämpötilagradienttien pienentämiseksi kavennuskohdan 21 tulenkestävään materiaaliin sekoitetaan va-15 lettaessa ruostumattomia teräsnauloja, -sauvoja, -nauhoja tai -kuituja 30 umpimähkäisesti. Nämä teräskuidut 30 tarjoavat lämmölle helpomman kulkureitin (pienimmän vastuksen reitti) kavennuskohdan 21 otsapinnasta 26 sen viileälle puolelle. Koska ruostumattomien teräskuitujen lämmönjohta-20 vuus on luokkaa 43 - 52 W/mK, lämpö kulkee olennaisesti nopeammin kuituja 30 sisältävän kavennuskohdan 21 lävitse. Koska kuidut 30 lisäksi sijaitsevat umpimähkäisesti kaven-nuskohdassa 21, lämpö hajaantuu ja kulkee nopeasti kaikkiin suuntiin.

25 Toinen etu, joka saavutetaan käyttämällä ruostumat tomia teräskuituja 30, on se, että kuidut 30 pystyvät pitämään tulenkestävän materiaalin koossa siinä tapauksessa, että syntyy yllättävän suuria lämpö- ja/tai mekaanisia kuormituksia, jotka saattavat aiheuttaa halkeamia. Ensisi-30 jäiset edut ovat kuitenkin kavennuskohdan 21 pidentynyt käyttöikä ja parantunut palaminen kattilassa 10.

Keksintöön on mahdollista tehdä edellä esitettyjen tietojen pohjalta monia muutoksia ja muunnelmia. Niinpä tulee huomata, että keksintöä voidaan oheisten patentti-35 vaatimusten puitteissa soveltaa muullakin tavoin, kuin edellä on selostettu.

6 H 7 6 o 6

Patenttivaatimukset: 1. Kattila tai höyrynkehitin, joka käsittää vaipan (16), vaippaan sovitetun suurtehopolttolaitteen (11), va- 5 ippaan sovitetun kierreputkiryhmän (12), tulipesän (15), joka määrittelee polttokammion polttolaitteessa, jolloin tulipesä on muodostettu tulenkestävästä materiaalista, tulipesän ensimmäisessä päässä olevan poltinaukon (20), kavennuskohdan (21), jossa on sisähalkaisija ja ulkohal-10 kaisija ja joka on sovitettu asemaan, jossa se on altis korkealämpötilaisille polttokaasuille, jotka aikaansaavat vakioarvoisen säteissuuntaisen lämpötilagradientin, joka pienenee mainitusta sisähalkaisijasta mainittuun ulkohal-kaisijaan päin, ja jossa kavennuskohta on tulenkestävää 15 materiaalia, joka pääasiassa muodostuu magnesium-, alumiini- ja piioksideista, tunnettu siitä, että tulenkestävä materiaali käsittää ruostumatonta terästä (30) olevaa kuitumateriaalia lämmönjohtokyvyn parantamiseksi ja mainitun gradientin pienentämiseksi, jolloin metallimate- 20 riaali on tasaisesti jaettuna tulenkestävässä materiaalis sa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kattila tai höyrynkehitin, tunnettu siitä, että metallikuidut ovat ruostumatonta teräsnauhaa.

25 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kattila tai höyrynkehitin, tunnettu siitä, että metallikuidut ovat ruostumatonta terästankoa.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kattila tai höyrynkehitin, tunnettu siitä, että kavennuskohta on 30 esivalettu.