HU185530B

HU185530B - Gas- or oil-fired warm water, hot water or steam boiler

Info

Publication number: HU185530B
Application number: HU821567A
Authority: HU
Inventors: Mihaly Juhasz
Original assignee: Koezponti Valto Hitelbank
Priority date: 1982-05-18
Filing date: 1982-05-18
Publication date: 1985-02-28
Also published as: IT8321124A0; DK19384D0; GB8331988D0; ES8404493A1; ES522492A0; US4665894A; DK19384A; WO1983004087A1; FI834813A0; NL8320135A; BE896740A; DE3317162A1; SE8400176L; DE3317162C2; SE8400176D0; GB2131136A; FI834813A; IT1221736B; JPS59500982A; GB2131136B

Description

A találmány tárgya gáz- vagy olajtüzelésű melegvíz-, forróvíz- vagy gőzkazán, amelynek a tűzterét körülvevő lángcsöve lemezgyűrűk által összekötött, hőhordozó közeget befogadó csőgyűrűkből áll, és valamennyi csőgyűrű a lángcső alatt húzódó elosztókamrába illetve a lángcső felett elrendezett gyűjtőkamrába van bekötve.

A találmány lényege az, hogy a csőgyűrúk keresztmetszete és/vagy osztástávolsága a lángcső hosszában a hősugárzás tényleges értékeinek változásaival arányosan van méretezve. Előnyösen a lángcső szűkülettel van lezárva és a lángcsőhöz a szűkületen keresztül U-alakú, a füstgázok fő áramlási irányát a lángcső hossztengelyéhez képest függőlegesen mintegy 90 -kai eltérítő fordulókamra van csatlakoztatva, amelynek U-alakú vízcsövei keresztkamrákat összekötő vízszintes vízcsövekbe vannak bekötve, és a 90 -kai eltérített füstgázok útjába egymással párhuzamos vízcsövekből álló konvektív rész van beiktatva.

A találmány szerinti megoldás optimális energiahasznosítás mellett egyszerű és gazdaságos gyártástechnológiát tesz lehetővé.

2 3 B

|—A S—(

1. ábra

ZG

185 530

A találmány tárgya gáz- vagy olajtüzelésű melegvíz-, forróvíz- vagy gőzkazán, amely egyaránt alkalmas háztartási, kommunális és ipari hőigények kielégítésére.

Ilyen célra ezideig kétféle kazán alaptípus készült. Az elterjedtebb változat az úgynevezett fekvőhengeres kivitelű kazánrendszer. Ennek a teljesítménytartománya azonban szilárdsági okokból be van határolva, így a nagyobb teljesítményekre az úgynevezett meredekcsöves kazánrendszereket alkalmazzák.

A fekvőhengeres kazánrendszer számos előnye mellett sok hátránnyal is rendelkezik. Ezek közül — elsősorban szilárdsági és hőtechnikai szempontokat figyelembe véve — a legfontosabbak a következők:

— a vízteret nagy felületű és méretű kettős falak határolják, amelyek részben hengeres övékből, részben pedig domború fenékrészből és síkfalakból állnak, — a belső túlnyomás és a hőteljesítmény illetve a méretek növelésével nő a határolófalak felvastagsága (a hengeres övéknél a nyomással és az átmérővel egyenes arányban, a síkfelaknál pedig ennél nagyobb arányban), és ez határt szab a kazánrendszer teljesítmény-növelésének, — a határolófelak felvastagságának növelésével csökken a hőátadási tényező és nő hőközlési oldalon a felületi hőmérséklet, — a kedvezőtlen hőátadás illetve a felületek magas hőmérséklete miatt csökken a kazán élettartama, — a tűztéri felületek hőterhelése a láng tengelye mentén egyenetlen, így egyes felületek túlzott, egyes felületek pedig jóval kisebb hőterhelésnek vannak kitéve, — a nagy felvastagságok miatt a teljesítményhez viszonyítva túlzottan nagy az anyagfelhasználás, ami egyben még a technológiai oldalról nézve is hátrányt jelent, — hőterheléshez nem igazodik megfelelően a cirkuláció, — a füstgázok a tűztérből a konvektív részbe eltérő hőmérséyetük miatt rétegesen áramlanak, ezért a kilépő füstgáz hőmérséklete egyik részében a megengedettnél magasabb, a másik részében pedig alacsonyabb, aminek következménye az, hogy az előbbi a veszteségeket növeli és rontja a hatásfokot, az utóbbi pedig korróziót okoz.

A hátrányos szilárdsági viszonyok a konstrukcióból erednek. A tüzeléstechnikai adottságok, így elsősorban a tűztér egyenetlen hőterhelése, részben a kazánszerkezettől, részben pedig az alkalmazott égőtől függenek és hasonló összefüggés állapítható meg a hőleadás tekintetében is.

A tűztérben a sugárzási energia megoszlását, így a tűztéri felületek egyenetlen hőterhelését egyértelműen megállapítani csak az utóbbi évek korszerű mérési módszereivel sikerült. Ez adja a magyarázatát annak, hogy a hagyományosan méretezett kazánoknál a sugárzási energia szakmai igényeket is kielégítő hasznosítása a tűztérben nem kapott eddig elég figyelmet és nem is volt megfelelően megoldva.

Az utóbbi években az infrasugárzást mérő műszerek elterjedésével lehetőség nyílott a tüzeléstechnikai viszonyok pontosabb megismerésére és az ebből származó eredmények felhasználására.

Á meredekcsöves kazánokat általában csak nagyobb hőteljesítmények eléréséhez alkalmazzák. Ezek a konstrukciók szilárdságilag maximálisan kielégítik a szakmai igényeket, azonban hőtechnikai szempontból számos hátránnyal rendelkeznek. Ezek közül a leglényegesebben az alábbiak:

— a láng tengelye mentén egyenetlen a hősugárzás, így a tűztéri felületek hőterhelése is egyenetlen, — a láng sugárirányában is egyenetlen a tűztéri felületek hőterhelése, — a tűztérben a hőközlési viszonyok kedvezőtlenebbek, mint a fekvőhengeres kazánoknál.

A meredekcsöves kazánok konstrukcióból eredő kedvező szilárdsági viszonyai előnyösen alkalmazhatók jobb tüzeléstechnikai viszonyokkal rendelkező kazánkonstrukcióknál is.

Elvben az optimális tüzelés- és hőtechnikai viszonyokat biztosító kazánkonstrukciót változó tűztérkeresztmetszetű kazánnal lehet megvalósítani, amelynek körkeresztmetszetű tűztere az adott égő lángtengelye mentén változó sugárzási energiához igazodva változik. Ezzel a megoldással elérhető, hogy a tűztéri felületek hőterhelése egyenletes legyen. Ezen hőtechnikai előnyök mellett a konstrukció legfőbb hátrányát a gyárthatóságában mutatkozó nehézségek jelentik, ugyanis a mai gyártástechnológiák mellett, amelyeket a kazángyártók alkalmaznak, azok módosítása és a gyártóeszközök átállítása az új technológiára meglehetősen körülményes és jelentős ráfordítást igényel.

A találmány által megoldandó feladat az ismert konstrukciók hátrányainak és hiányosságainak kiküszöbölése mellett olyan kazán kialakítása, amely a fekvőhengeres és változó tűzterű kazánkonstrukciók hő- és tüzeléstechnikai előnyeit egyesíti a meredekcsöves kazánkonstrukciók előnyös szilárdsági tulajdonságaival.

A kitűzött feladat olyan gáz- vagy olajtüzelésű melegvíz-, forróvíz- vagy gőzkazánnál, amelynek a tűzteret körülvevő lángcsöve lemezgyűrűk által összekötött, hőhordozó közeget befogadó csőgyűrűkből áll, és valamennyi csőgyűrű a lángcső alatt húzódó elosztókamrába illetve a lángcső felett elrendezett gyűjtőkamrába van bekötve, a találmány értelmében azáltal oldom meg, hogy a csőgyűrűk keresztmetszete és/vagy osztástávolsága a lángcső hosszában változó és előnyösen a hősugárzás és a hőáramsűrűség tényleges értékeinek változásaival arányosan van méretezve.

Mivel a kazán üzembiztonsága és hosszú élettartamának biztosítása megköveteli, hogy a beépített hőátadó felületeken a tervezettnél magasabb hőmérséklet ne jelentkezzék, ennek érdekében a változó körkeresztmetszetű tűztérkialakítás helyett olyan lángcsövet alakítottam ki, amely célszerűen méretezett cirkulációs csövekből, csőgyűrűkből és lemezgyűrűkből van összehegesztve, így a cirkuláció igazodik a láng tengelye mentén fellépő egyenetlen hőterhelés változásaihoz. Ott, ahol nagyobb a hőterhelés, — változatlan tűztéri középátmérő betartásával — nagyobb keresztmetszetű csőgyűrű és keskenyebb lemezgyűrű kerül beépítésre. Ily módon intenzív hőátadásnál biztosítva van az intenzív hőszállítás is. Ez a megoldás egyszerű gyártástechnológiát igényel és gazdaságos gyártást tesz lehetővé. Abból, hogy a kazán túlnyomás alatti szerkezeti csövekből állnak, egy sor előny származik:

— a gyakorlatban elterjedt belső túlnyomásokhoz csekély felvastagságok szükségesek, — a teljesítmény növelésével csak jelentéktelen mértékben nő a falvastagság-igény — a vékonyfalú csőgyűrűk és az azokhoz hegesztett lemezből készült gátak növelik a hőátadás intenzitását,

185 530 — az egyenletes és a töltettől alig nagyobb tűztérfelületi hőmérsékletek növelik a kazán üzembiztonságát és élettartamát, — a teljesítményhez viszonyítva kedvező a kazán anyagszükséglete, súlya, terjedelme.

A fekvőhengeres kazánoknál szerzett tapasztalatok szerint a különböző hőmérsékletű füstgázok egymás fölött, rétegesen áramlanak és csak igen kis mértékben keverednek. Ennek kiküszöbölése érdekében célszerű, ha a találmány szerinti kazán tűzterének vége le van szűkítve, és ehhez egy célszerűen méretezett, U-keresztmetszetű keverő-fordulókamra van csatlakoztatva. Ezáltal a füstgázok a lángcső hossztengelyéhez képest 90-kal eltérítve áramlanak egy konvektív részen keresztül a füstcsonk felé.

A megoldás előnye az, hogy ily módon a lángcsőből rétegesen érkező füstgázok az iránytörés és ütközés hatására keveredni kényszerülnek. így tehát a füstgázok kis hőmérséklet-különbséggel, közel egyenletes hőtartalommal jutnak a konvektív részbe, ahonnan — szakszerűen beállított égő esetén — harmatpont fölötti és a megengedett érték körüli hőmérsékleten lépnek ki a kazánból, ami a korrózióveszély csökkentésének és a jó hatásfok elérésének egyik alapfeltétele.

Ezen feltételek teljesülése azonban függ a hőhordozó közeg (vagyis a töltet) és a füstgázokkal érintkező felületek hőmérsékletétől is. Ezért a találmány értelmében célszerű, ha a melegvizes vagy forróvizes kazánoknál, ahol a hőhordozó közeg hőmérséklete a leszálló vezetékban nem haladja meg a 100 °C-ot, az U-keresztmetszetű fordulókamra felül nyitott, és a konzektív rész a gyűjtőkamrához csatlakoztatott keresztkamrákkal sorbakötve, ezek között elrendezve van a füstgázok útjába beiktatva.

Ily módon a füstgázok nem találkoznak alacsonyabb hőmérsékletű konvektív felületekkel, ezáltal a harmatpont elérésének, s ezzel a korróziónak a veszélye minimálisra csökken.

Ezzel szemben forróvíz vagy gőzkazánoknál, ahol a leszálló vezetékben visszatérő hőhordozó közeg (forróvíz) hőmérséklete 100 °C felett van, célszerű, ha az Ukeresztmetszetű fordulókamra alul nyitott és a konvektív rész a kazán alján elrendezett elosztókamrához csatlakoztatott keresztkamrák alatt van a füstgázok útjába beiktatva.

Gőzkazánoknál, ahol a leszálló vezetékekben áramló hőhordozó közeg hőmérséklete 120 °C felett van, a fenti módon kialakított konvektív rész után a füstgázáramba célszerűen tápvízelőmelegítő van beépítve, amely a kazándob vízterével van összekötve.

A találmányt részletesebben a csatolt rajz alapján ismertetem, amely a találmány szerinti kazán példakénti célszerű kiviteli alakjait tünteti fel. A rajzon az

1. ábra egy találmány szerinti melegvízkazán vízszintes hosszmetszete, a

2. ábra az 1. ábrán látható melegvízkazán A-A sík mentén vett keresztmetszete, a

3. ábra az 1. ábra szerinti melegvízkazán B-B sík mentén vett metszete, a

4. ábra egy találmány szerinti gőzkazán vízszintes hosszmetszete, míg az

5. ábra a 4. ábrán látható gőzkazán C-C sík szerinti keresztmetszete, kazándobbal.

Amint az az 1—3. ábrán látható, a találmány szerinti melegvízkazán 1 lángcsöve 2 csőgyűrűből és azokat összekötő 3 lemezgyűrűkből áll. A 2 csőgyűrűk átmérője, s ezzel keresztmetszete, illetve a 3 lemezgyűrűk szélessége az 1 lángcső hosszában az adott helyen várható hősugárzás és hőáramsűrűség mértékétől függően változik. Az 1 lángcső mellső részét tűztéri s egyben az égőt tartó 4 ajtó zárja, amely gáz- vagy olajégő felszerelésére alkalmas 5 karimával van ellátva. Az 1 lángcső 6 szűkületben végződik, amely adott esetben például lapítottan ovális csőgyűrűből van kiképezve. Ez azonban kialakítható több, csökkentett átmérőjű csőgyűrűből is. Az 1 iángcsőhöz a 6 szűkület után U-keresztmetszetű 7 fordulókamra csatlakozik, amely egyben keverőkamraként szolgál, és a füstgázokat az 1 lángcső hossztengelyéhez képest 90 °-kal felfelé eltéríti. A 7 fordulókamra lemezcsíkok által összekötött U-alakú 8 vízcsövekből áll, és a 6 szűkülettel szemközti zárt vége 9 tisztítóajtóval van ellátva, amelyen egyben kémlelőnyílás alakítható ki.

Az 1 lángcső 2 csőgyűrűi 10 csőcsonkokon keresztül az 1 lángcső alján húzódó 11 elosztókamrához, 17 csőcsonkokon keresztül pedig az 1 lángcső tetején elrendezett 18 gyűjtőkamrához csatlakoznak. A 18 gyűjtőkamra két egymás fölötti, egymástól elkülönített részből álló elülső 12 keresztkamra alsó 12a részébe torkollik, amit vízszintes 13 összekötőcsövek ugyancsak kétrészes, de egymással közlekedő részekből álló hátsó 14 keresztkamrával kötnek össze. A 12 keresztkamra alsó 12a részéhez csatlakozik a 6 szűkületet képező csőgyűrű is, míg a 7 fordulókamra U-alakú 8 vízcsöveinek felfelé álló két szára a vízszintes 13 összekötőcsövekbe van bekötve, kivéve az utolsó U-alakú 8 vízcsövet, amelynek szárai közvetlenül a 14 keresztkamra alsó 14a részébe torkoltának. A hátsó 14 keresztkamra és az elülső 12 keresztkamra felső 14b ill. 12b részeit egymással párhuzamos, bordázott 15 vízcsövek kötik össze egymással és ezek együttese 16 konvektív részt képez, amely felveszi a távozó füstgázok még hasznosítható hőjét. Mivel azonban a 18 gyűjtőkamából jövő hőhordozó közeg, amely a 16 konvektív rész csöveiben áramlik, rendszeren belül csaknem a legmagasabb hőmérsékletű, a füstgázok nem hűlnek a korróziós veszélyeket előidéző harmatpont alá. Nagyobb teljesítményű kazánok és vastagabb 15 vízcsövek esetén célszerűbb a bordázat elhagyása és sima palástú vízcsövek alkalmazása. A kazánban felmelegített víz az elülső 12 keresztkamra felső 12b részéből 19 csonkon keresztül lép a hasznosító rendszerbe, míg a füstgázok a 16 konvektív részen való áthaladás után 20 füstcsonkon keresztül távoznak.

A 4. és 5. ábra egy találmány szerinti gőzkazánt tüntet fel, amely főbb vonásaiban megegyezik az előzőekben ismertetett melegvízkazánnal. A két kazán között a legszembetűnőbb különbség az, hogy a gőzkazán 21 kazándobbal van felszerelve és 7 fordulókamrája 180 -kai megfordítva, vagyis a melegvízkazán fordulókamrájának tükörképeként, lefelé nyitottan van elrendezve. A fordított elrendezés magyarázata az, hogy a távozó füstgázok forróbbak, mint a melegvizes kazánoknál, így a minél jobb hatásfok és a minél kisebb hőveszteség érdekében az alacsony hőmérsékletű hőhordozó közeggel kell ezeket érintkezésbe hozni. Ily módon az elülső 12 keresztkamra a 11 elosztókamrához van csatlakoztatva, így a 14 keresztkamra és a két 13 összekötőcső is alul van elrendezve. Eltérően a melegvízkazántól, a 12 és 14 keresztkamrák csak egyrészesek és nincsenek összekötve a mögöttük, pontosabban alattuk elrendezett 16 konvektív résszel. A 16 konvektív rész ugyanis közvetlenül a 21 kazándobbal áll összeköttetésben, mégpedig 22 leszálló ve3

185 530 zetéken és 23 felszálló vezetéken keresztül. A 21 kazándob egyébként 24 leszálló vezetékeken keresztül a 11 elosztókamrával, 25 felszálló vezetékeken keresztül pedig a 18 gyűjtőkamrával van összekötve. A 16 konvektív rész gőzkazánoknál legalább 15 -os dőléssel van az 1 lángcső hossztengelyéhez képest elrendezve.

A 16 konvektív rész alatt a füstgázok maradék hőjének kihasználására a konvektív részhez hasonló 26 tápvízelőmelegítő van beépítve, amelybe a tápvíz szivattyú segítségével egy nem ábrázolt tápvíztartályból érkezik és ahonnan az előmelegített tápvíz a 21 kazándob alsó részébe jut, ahol perforált csövön lép ki 21 kazándob vízterébe.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Gáz- vagy olajtüzelésű melegvíz-, forróvíz vagy gőzkazán, amelynek a tűzteret körülvevő lángcsöve lemezgyűrűk által összekötött, hőhordozó közeget befogadó csőgyűrűkből áll, és valamennyi csőgyűrű a lángcső alatt húzódó elosztókamrába illetve a lángcső felett elrendezett gyűjtőkamrába van bekötve, azzal jellemezve, hogy a csőgyűrűk (2) keresztmetszete és/vagy osztástávolsága a lángcső (1) hossza mentén változó.
2. Az 1. igénypont szerinti kazán kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a csőgyűrűk (2) keresztmetszete és/vagy osztástávolsága a lángcső (1) hosszában a hősugárzás és a hőáramsűrűség tényleges értékeinek változásaival arányosan van méretezve.
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti kazán kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a lángcső (1) szűkülettel (6) van lezárva és a lángcsőhöz (1) a szűkületen (6) keresztül U-keresztmetszetű, a füstgázok fő áramlási irányát a lángcső (1) hossztengelyéhez képest függőlegesen mintegy 90 -kai eltérítő fordulókamra (7) van csatlakoztatva, amelynek U-alakú vízcsövei (8) keresztkamrákat (12, 14) összekötő vízszintes vízcsövekbe (13) vannak bekötve, és a 90 -kai eltérített füstgázok útjába egymással párhuzamos vízcsövekből (15) álló konvektív rész (16) van beiktatva.
4. A 3. igénypont szerinti kazán kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy melegvíz- vagy forróvízkazánoknál, ahol a hőhordozó közeg hőmérséklete a leszálló vezetékben nem haladja meg a 100 °C-ot, az U-keresztmetszetű fordulókamra (7) felül nyitott, és a konvektív rész (16) a gyűjtőkamrához (18) csatlakoztatott keresztkamrákkal (12, 14) sorbakötve, ezek között elrendezve van a füstgázok útjába beiktatva.
5. A 4. igénypont szerinti kazán kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a konvektív rész (16) vízcsövei (15) párhuzamosak a lángcső (1) hossztengelyével.
6. A 3. igénypont szerinti kazán kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy forróvizes vagy gőzkazánoknál, ahol a hőhordozó közeg hőmérséklete a leszálló vezetékben (24) legalább 100 °C, az U-keresztmeetszetű fordulókamra (7) alul nyitott és a konvektív rész (16) az elosztókamrához (11) csatlakozott keresztkamrák (12, 14) alatt, egy kazándobbal (21) külön cirkulációs kört alkotva van a füstgázok útjába beiktatva.
7. A 6. igénypont szerinti kazán kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy gőzkazánoknál, ahol a leszálló vezetékben visszatérő hőhordozó közeg hőmérséklete legalább 120 °C, a konvektív rész (16) után a kazándob (21) vízterével összeköttetésben álló tápvízelőmelegítő (26) van a füstgázok útjába beiktatva.
8. A 7. igénypont szerinti kazán kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a konvektív rész (16) vízcsövei (15) a lángcső (1) hossztengelyével legalább 15 °-os szöget zárnak be.
9. A 6—8. igénypontok bármelyike szerinti kazán kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a kazándob (21) víztere leszálló vezetékeken (24) keresztül az elosztókamrával (11), felső része (gőztere) pedig felszálló vezetékeken (25) keresztül a gyűjtőkamrával (18) áll összeköttetésben.
10. Az 1—9. igénypontok bármelyike szerinti kazán kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a lángcsövet (1) és a fordulókamrát (7) elválasztó szűkület (6) lapítottan ovális keresztmetszetű csőgyűrűből van kiképezve.

(4 db ábra)

Kiadja az Országos Találmányi Hivatal A kiadásért felel: Himer Zoltán osztályvezető

Megjelent¹ a Műszaki Könyvkiadó gondozásában 86.0161/3 MSZH Nyomda, Budapest