HU219388B - Combustible material holder for a boiler and heat generating system - Google Patents

Abstract

A találmány kazán tüzelőanyag-tartó egysége, főként villamoshőerőműhöz, amely egységnek legalább részben hűtött rostélyrudakkal(106) rendelkező, folyadékhűtésű tüzelőanyag-tartó eszköze van, amelyrostélyrudak (106) hűtése csövekkel van megvalósítva, amely csövekfűtött vízkörbe vannak beiktatva, amely tüzelőanyag-tartó eszközrostélyrúdjainak (106) szerkezetében egy felső cső (114) és egy vagytöbb alsó cső (110, 112) van elrendezve, ahol a felső és az egy vagytöbb alsó cső (110, 112, 114) azonos függőleges síkban van elrendezve.A találmány másrészt hőfejlesztő rendszer villamos hőerőműhöz,fatörzseket vagy legallyazott fákat egészben befogadó égéstérrel, a fatüzelőanyagot égéstérbe szállító konvejorral és betöltőszerkezettel,valamint az égéstérben égő tüzelőanyag égéshőjét elnyelőenergiaátalakító eszközzel és a fatörzseket vagy legallyazott fákategészben az égéstérben megtartó tüzelőanyag-tartó egységgel, ahol atüzelőanyag-tartó egység a fenti találmány szerint van kialakítva. ŕ

Description

A bejelentés tárgya kazán tüzelőanyag-tartó egysége, továbbá hőfejlesztő rendszer villamos hőerőműhöz, fatörzseket vagy legallyazott fákat egészben befogadó égéstérrel, a fa tüzelőanyagot égéstérbe szállító konvejorral és betöltőszerkezettel, valamint az égéstérben égő tüzelőanyag égéshőjét elnyelő energiaátalakító eszközzel és a fatörzseket vagy legallyazott fákat egészben az égéstérben megtartó tüzelőanyag-tartó egységgel.

Jelenleg a széntüzelésű hőerőművet tartják a jövőbeni villamos energia előállítására leggazdaságosabban alkalmas villamos erőműnek. A nukleáris erőműveket a magas beruházási költség sorolja a széntüzelésű hőerőmű mögé. Vízi erőművekhez a legtöbb helyen nem áll elegendő energiaforrás rendelkezésre, az olaj és gáz fűtőanyag ára világviszonylatban annyira megemelkedett, hogy az ilyen tüzelésű nagy hőerőművek építése már relatíve gazdaságtalannak látszik. A széntüzelésű hőerőmű építése és üzemeltetése ellen szól a viszonylag magas üzemeltetési költség és a tetemes légszennyezés, illetve a légszennyezés csökkentését célzó beruházások tetemes költsége.

Egy, a költségek tekintetében előnyös megoldást nyújtanak a fatüzelésű hőerőművek. A napenergia hőtermelésre történő hasznosításának legtermészetesebb és legtisztább módja tűzifa termesztése. A tűzifa forrása 100%-ban hazai és 100%-ban megújítható lehet. A legnagyobb fatüzelésű működő villamos erőmű jelenleg az USA-beli Burlingtonban (Vermont) működik.

Az ismert fatüzelésű hőerőművekben a fát felaprítva, forgács, pellet, por vagy más alakban adagolják a kazánba, és égetik ott el. A fa felaprításának költségei jelentősen megnövelik a hőenergia előállításának költségeit, emiatt ez az erőműtípus sem versenyképes gazdaságosság tekintetében. A felaprított fa eltüzelésével kapcsolatos hiányosság továbbá, hogy a faapríték azonnal meggyullad a kazán rostján, és gyorsan elég, ami az égés szabályozását megnehezíti. Az állandó égésteljesítmény biztosítása csak a faapríték precíz adagolása útján lehetséges.

Egy ismert fatüzelésű hőfejlesztő rendszer van leírva az US 4,706,645 lajstromszámú (Ostlie) szabadalmi leírásban, amely megoldásban lényegében egész fákat, fatörzseket aprítás nélkül használnak fel tüzelőanyagként. E megoldás alkalmazásával valóban lecsökken a fa tüzelőanyaggá alakításának költsége, az ismert megoldás azonban nem ismertet megoldást a kazánba juttatott, nagy tömegű fatörzshalom megtartására elégetése idején. A fatörzshalmot tartó rostélyt vízzel hűteni szükséges, különben a magas hőmérsékleten beroskad, megsérül, elég. Az ismert vízhűtéses rostélyokat ismert módon öntéssel készítik, és a kazánban folyamatosan mozgatják állagmegóvásuk érdekében. Ezek a rostélyok nem bírják el a fatörzsekből rakott máglyát, csak mintegy 15 cm vastag faréteg terhelésének elviselésére alkalmasak, a fatörzsek elégetéséhez szükséges mély ágy kialakítására nem alkalmasak, nagy gőzgenerátorok táplálására alkalmas kazánba emiatt nem építhetők be.

Az EP 0 228 255 A2 szabadalmi leírásban is egész fatörzsek elégetésére alkalmas kazán van ismertetve, amelynek két, egymás felé lejtő, vízzel hűtött rostélylapja van. A leírás nem tér ki a rostélylapok szerkezetének és hűtésmegoldásának ismertetésére.

Célunk a találmánnyal az ismert megoldások említett hiányosságainak kiküszöbölése olyan tüzelőanyagtartó egység, hőfejlesztő rendszer és hőfejlesztésre alkalmas eljárás kialakításával, amely lehetővé teszi egész fatörzsek szabályozott elégetését, az égéshő jó hatásfokú hasznosítását, és főként a nehéz fatörzsek megfelelő rétegének a felhevült égéstérben történő mechanikus megtartását.

A feladat találmány szerinti megoldása kazán tüzelőanyag-tartó egysége, főként villamos hőerőműhöz, amely egységnek legalább részben hűtött rostélyrudakkal rendelkező, folyadékhűtésű tüzelőanyag-tartó eszköze van, amely rostélyrudak hűtése csövekkel van megvalósítva, amely csövek fütött vízkörbe vannak beiktatva, amely tüzelőanyag-tartó eszköz rostélyrúdjainak szerkezetében egy felső cső és egy vagy több alsó cső van elrendezve, ahol a felső és az egy vagy több alsó cső azonos függőleges síkban van elrendezve.

Előnyösen a hűtött rostélyrudak lejtős elrendezésűek, és/vagy a rostélyrudak között rések vannak kialakítva.

Célszerűen a rostélyrudak legalább három, egymás fölött fekvő csővel vannak kialakítva, ahol a hűtött rostélyrúd felső csövére célszerűen erősítő, kopó rúd van hegesztve, amely tüzelőanyag-tartó eszköz oldalt, a tüzelőanyag-tartó eszköz fölé magasodó, csövekből álló első vízfal és csövekből álló második vízfal között van elrendezve, és a rostélyrudak csövei egyrészt az első vízfallal, másrészt a második vízfallal közös vízkör részét alkotják.

Előnyösen a tüzelőanyag-tartó eszköz rostélya oldalt a tüzelőanyag-tartó eszköz fölé magasodó, csövekből álló első vízfal és csövekből álló második vízfal között van elrendezve, amely vízfalak egymással a rostély megfelelő csövein át össze vannak kapcsolva, ahol a rostély felső csövei az első vízfalhoz tartozóan, a rostély alsóbb csövei a második vízfalhoz tartozóan vannak kialakítva, a rostély hűtővizének tápforrása az első és második vízfalakban vizet keringető tápforrás.

Célszerűen a rostély csövei az első és második vízfal csöveinek hajlitásával van kialakítva.

Előnyösen az első vízfal alsó tartománya lényegében egy első síkban, a második vízfal alsó tartománya lényegében egy második síkban van kialakítva.

Célszerűen az első és második vízfal alsó tartományai egymással párhuzamos síkokban vannak elrendezve, és közöttük a rostély a második vízfal felé lejtősen van elrendezve.

Előnyösen az első és második vízfal alsó tartományai egymással párhuzamos síkokban vannak elrendezve, és közöttük a rostély a vízfalakra lényegében merőlegesen van elrendezve.

Célszerűen a rostély rostélyrúdjai között rések vannak hagyva.

Előnyösen a rostély rostélyrúdjai legalább három, azonos függőleges síkban elrendezett csőből állnak.

Célszerűen a rostély rostélyrúdjainak felső csöve felső felületén erősítő, kopó rúd van hegesztéssel rögzítve.

HU 219 388 Β

Előnyösen a hűtővíz tápforrása egy felső fejcsőbe van bekötve, amely felső fejcső a második vízfal alsó fejcsövével van összekötve, amely alsó fejcső egyrészt a második vízfal csöveivel, másrészt rácsrudakon át az első vízfal csöveivel össze van kötve.

A találmány szerinti megoldás továbbá hőfejlesztő rendszer villamos hőerőműhöz, fatörzseket vagy legallyazott fákat egészben befogadó égéstérrel, a fa tüzelőanyagot égéstérbe szállító konvejorral és betöltőszerkezettel, valamint az égéstérben égő tüzelőanyag égéshőjét elnyelő energiaátalakító eszközzel és a fatörzseket vagy legallyazott fákat egészben az égéstérben megtartó tüzelőanyag-tartó egységgel, amelyben a tüzelőanyag-tartó egység a találmány szerinti megoldások bármelyikével van kialakítva.

Az alábbiakban kiviteli példákra vonatkozó rajz alapján részletesen ismertetjük a találmány lényegét. A rajzon az

1. ábra fatörzs tüzelőanyagú hőerőmű vázlatos távlati rajza épületekkel, a

2. ábra a kazán vázlatos keresztmetszete, a

3. ábra más kialakítású kazán vázlatos keresztmetszete, a

4. ábra a 2. és 3. ábra 4-4 metszete, vízfal, az

5. ábra a 4. ábra szerinti vízfal csövei, részlet, a

6. ábra a 2. és 3. ábra 5-5 metszete, rostélyrúd keresztmetszete, a

7. ábra a rostély részlete hűtött rostélyrudakkal, a

8. ábra a 2. és 3. ábra 8-8 metszete, alsó-felső vízfal, a

9. ábra a 2. és 3. ábra szerinti tüzelőanyag-tartó egység hűtővízköre, a

10. ábra a kazán harmadik példakénti kiviteli alakjának keresztmetszete, a

11. ábra a 10. ábra szerinti tüzelőanyag-tartó egység hűtővízköre, a

12. ábra a kazán negyedik példakénti kiviteli alakjának vázlatos keresztmetszete, a

13. ábra a kazán ötödik példakénti kiviteli alakjának vázlatos keresztmetszete, a

14. ábra a 13. ábra szerinti tüzelőanyag-tartó egység hűtővízköre, a

15. ábra direkt táplálású vízkörök.

Az 1. ábra szerinti, fatörzs tüzelőanyagú hőerőmű 1 erőmű épületéhez két 2,3 szárítóépület van hozzáépítve. „Fatörzs” alatt e bejelentés mellékletében a kivágott és szállítható állapotba hozott (legallyazott) fa egészét értjük, amely fa tehát nincs felaprítva, legfeljebb néhány darabra hasítva vagy hosszában két-három darabra elvágva. A fatörzset a találmány szerint aprítás és más előkészítő feldolgozás nélkül (kivéve a szárítást) alkalmazzuk a kazánba etethető tüzelőanyagként.

Jellemzően a fatörzs viszonylag nagyméretű: átlagosan 150 kg-nál nagyobb tömegű és 12 m-nél hoszszabb. Előnyös, ha a fatörzs átmérője legalább 15 cm, mert az ilyen méretű fatörzsek eléggé egyenletes, lassú tempóban égnek, ami előnyös olyan szempontból, hogy égés közben nagy mennyiségű éghető gáz termelődik és szabadul fel, az égő fa - főként utólag - egy következő égési folyamatban a fatörzs közvetlen elégetésének átlaghőmérsékleténél magasabb hőmérsékleten elégethető gázt termel (elgázosodik).

A fatörzs első égési folyamatában a fatörzs külső rétege égve elszenesedik, parázslik, a fatörzs belseje eközben „fehér” marad. A fehér mag nedvességet is tartalmaz, amiből más hidrokarbon anyagokkal gáz képződik, amely gáz elillan a fatörzsből. Ha nem korlátoznánk az égéstérbe bevezetett levegőmennyiséget, az égés gyors lenne, és a keletkező gázok a fatörzsből kilépve már annak felszínén elégnének. Ez kizárná azokat az előnyöket, amelyek a gázok külön, magasabb hőmérsékleten történő elégetéséhez fűződnek, a fatörzs gyors elégése a futóteljesítmény állandó értéken tartását is megnehezítené. A találmány szerinti eljárásban oly mértékben korlátozzuk az oxigén bevitelét, hogy a fatörzs külső rétege csak izzón, a fatörzsből kilépő gázok ne éghessenek el azonnal az első égési folyamatban. A fatörzshalomból kilépő gázok második égési folyamatban történő elégetése az elérhető magasabb égési hőmérsékleten túlmenően azért is előnyös, mert itt árnyékoló hatású, szilárd anyag már nincs jelen az égéstérben, így az égés egyenletes és kevés oxigénfelesleggel tökéletes lehet, hasonlóan a tisztán gáztüzelésű kazánokban lezajló, jól szabályozható égési folyamathoz. A gázképződés volumene számos tényezőtől függ: így a fa nedvességtartalmától, az égő fatörzs hőmérsékletétől, a fatörzsek átmérőjétől. A tapasztalat azt mutatja, hogy a 10 cm-nél nagyobb átmérőjű fatörzsek égnek a gázképződés szempontjából előnyös módon. Az égésszabályozás úgy történik, hogy az égő külső réteg és a fehér belső mag aránya minél jobban megközelítse a gázképződés tekintetében optimális arányt, azaz a fehér mag relatíve minél nagyobb legyen. A fentiek szerinti égetés gyakorlatilag minden fafajtával vagy különböző fafajtákból keverten rakott máglyával is megvalósítható. Hántolt fa és erdei selejtfa egyaránt elégethető ily módon. A tűlevelűek és örökzöldek rosszabbul használhatók fel a száraz tűlevelek kezelési nehézségei miatt. Fatörzstüzelésű kazánnal 10 MW fölötti teljesítményű erőmű valósítható meg gazdaságosan, de bármilyen nagy, például 400 MW teljesítményű erőmű is megvalósítható.

A kazán és kiszolgálóegységei az 1. ábra szerinti 1 erőműépületben vannak elrendezve. Ugyancsak az 1 erőműépületben nyert elhelyezést a kazánban előállított, gőzzel meghajtott áramfejlesztő generátor is. A két 2,3 szárítóépület szimmetrikus elrendezésben kapcsolódik az 1 erőműépülethez. Az erdőben kitermelt 4 fatörzseket a 2, 3 szárítóépületbe szállítjuk, és itt egy ideig tároljuk annak érdekében, hogy nedvességtartalmuk csökkenjen.

A 2, 3 szárítóépületek el vannak látva szárítóberendezéssel, amely berendezések száraz levegőt szállítanak a 2, 3 szárítóépületbe, amely levegő lehet fűtött vagy csak környezeti hőmérsékletű. A szárító légáram fűtése történhet a kazán veszteséghőjével, például kéménygázokkal. A főcélú hőcserélőkkel nem alakítható át a teljes hőenergia turbina hajtására alkalmas formába, a hőenergia maradék része jól felhasználható a fatörzsek szárítására. A szárító légáramot melegítő hőcseré3

HU 219 388 Β löt, például 27 °C és 60 °C közötti hőmérsékletű meleg vízzel tápláljuk, amely meleg vizet a kazán veszteséghője felhasználásával nyertük. Az 1. ábrán a meleg víz 61 csővezetéke szaggatott vonallal van jelölve. A szárítóberendezéseknek része számos légszállító 63 ventilátor, amelyek a 2, 3 szárítóépületek egyik oldala mentén vannak elrendezve. A 63 ventilátorok külső levegőt szívnak be az épületbe, és átfújják a szállított levegőt egy-egy, a 61 csővezetéken szállított meleg vízzel fűtött hőcserélőn. A meleg levegő a fatönkök között az épület másik oldala felé áramlik és az épület oldalfalában kialakított kilépő 65 nyílásokon át hagyja el az épületet, magával vive a farönkökből kinyert nedvességtartalmat. A fatörzsek szárítása történhet a füstgázokkal is. A 150 °C alatti hőmérsékletű füstgázok hőtartalma hőcserélőben már nem hasznosítható a gázok magas savkoncentrációja miatt, de szárításra közvetlenül a fatörzsek között átvezetve az ilyen füstgázok még hasznosíthatók. Az alkalmazható, illetve alkalmazott szárítási megoldás függ a hőerőmű nagyságától és gazdaságossági szempontoktól. Az 1. ábra szerinti elrendezés csak egy a lehetséges megoldások közül. Elrendezhető például egy nagy teljesítményű hőcserélő az 1 erőműépületben erre a célra, amely hőcserélő által felhevített levegőt egy-egy ventilátor fújja be a 2, 3 szárítóépületbe. A különböző léghevítő és szárító megoldások egymással kombinálva is alkalmazhatók.

A 2, 3 szárítóépületekben felhalmozott fatörzsek általában 30 napig száradnak, A meleg levegő előnyösen alulról fölfelé játja át a fatörzsekből rakott halmot, és felül viszi ki az összegyűjtött párát. A szárítóépületek relatív nedvességtartalma a sok, különböző befolyásoló tényező miatt nem jól értékelhető jellemző a fatörzsek nedvességtartalma tekintetében, ezért ennek értékelésére a fatörzshalomba bevezetett és onnan felül kijövő légáram relatív nedvességtartalmának különbsége alapján végezhetünk ilyen értékelést. Előnyösen a bevezetett, például 55 °C hőmérsékletű száraz, meleg levegő relatív nedvességtartalma kisebb mint 2%. A fatörzshalmon fölfelé áthaladva ez a légáram felveszi a tér páratartalmát és lehűl, így a fatörzshalomból kilépve hőmérséklete mintegy 24 °C, relatív nedvességtartalma 70% körüli értékű. A fatörzshalom közepében átlagosan 35% nedvességtartalom mérhető a levegőben. Egy 400 MW teljesítményű hőerőmű egy-egy szárítóépülete mintegy 1000 m hosszú, tárolófelülete mintegy 20 000 m².

A 2, 3 szárítóépületekben 5 konvejor is be van építve, amely egyrészt kívülről berakja a 4 fatörzseket az épületbe, másrészt a szárítóépületből beviszi az előszárított 4 fatörzseket a kazán betöltőszerkezetéhez.

A 4 fatörzsek egészben, bármiféle aprítás nélkül kerülnek a kazánba, a kazánba etetett fatörzsek egyedi tömege 150 kg-nál általában nagyobb.

A 2. ábrán kazán keresztmetszete van vázlatosan ábrázolva. A kazán 10 égéskamrája három 11, 11 A, 15 égéstérre tagozódik az égési folyamat jellege szerint. Az első 11 égéstér a rostélyra rakott fatörzsek halma, illetve az ezt befogadó égéskamrarész, amelyet 12 kazánfal határol két oldalról, és amelynek vízszintes 100 rostélyt alkotó, hűtött tüzelőanyag-tartója van. A 100 rostély hűtött 106 rostélyrúdjai egymás fölött, rostélyrudanként azonos függőleges síkban fekvő hűtőcsövekből vannak kialakítva.

Az első 11 égéstérben a 100 rostélyon halomba rakott fatörzs lassú égéssel elszenesedik, és közben éghető gázokat bocsát ki magából. Az első 11 égéstérben kibocsátott gázok a fatörzshalom feletti második 11A égéstérben az első 11 égéstér átlaghőmérsékleténél magasabb hőmérsékleten égnek el. A 4 fatörzseknek mindig egy külső rétege parázslik, miközben a fatörzs belseje fehér maradhat. A parázs áthullik a 100 rostély résein, és a rostély alatti harmadik 15 égéstérben fejeződik be az égése. A harmadik 15 égésteret a kazán 12 kazánfalak alsó, kúpos lezárását képező lejtős 16 fenékfala határolja, amelynek középrészén 18 hamuüritővel ellátott 17 hamunyílás van kialakítva, amelyen át a hamu időnként kiüríthető.

A 12 kazánfal 100 rostély alatti részében (a harmadik 15 égéstér felső részén) 33 légcsatoma van kialakítva, amelyen át az égéshez szükséges levegőmennyiséget szabályozottan vezetjük be. A 33 légcsatomán át bevezetett levegő mintegy 370 °C-os, amely levegőt vízszintesen vezetjük be a rostély alá. A bevezetett levegő mennyisége és/vagy hőmérsékletének szabályozása az első égéstér átlaghőmérsékletének érzékelésén és optimális értéken tartásán alapul. Ha növeljük a bevezetett levegő mennyiségét vagy hőmérsékletét, akkor nő a 11 égéstér átlaghőmérséklete, ha csökkentjük a bevezetett levegő mennyiségét vagy hőmérsékletét, akkor csökken. A 100 rostélyon fatörzsekből rakott faágy viszonylag magas, legalább 30 cm vastag, magassága függ a hőerőmű terhelésétől.

További, ferdén lefelé, az első 11 égéstér felé irányított 34 légcsatoma van kialakítva a második 11A égésteret határoló mindkét oldali 12 kazánfalban. A 34 légcsatomákon át bevezetett, mintegy 370 °C hőmérsékletű levegő a fatörzsekből feláramló gázokkal keveredik a faágy fölött, és a második 11A égéstérben a gázok elégetéséhez szükséges oxigént szolgáltatja - szabályozott mennyiségben. A levegőmennyiség, illetve -hőmérséklet szabályozásával szabályozható a második égéstérben a gázok elégetésének hőmérséklete.

A 33, 34 légcsatomákban a légáram szabályozása hagyományos módon és eszközökkel történhet. A szabályozással előnyösen az első 11 égéstérben 1200 °C-ot, a második 11A égéstérben 1480 °C körüli égési hőmérsékletet állítunk be.

Közvetlenül az első 11 égéstér fölött, a kazán mindkét oldali 12 kazánfalában egy-egy 19 etetőnyílás van kialakítva, amely az egész 4 fatörzsek égéstérbe helyezésére alkalmas méretű nyílás. A 19 etetőnyílások egyegy 20 kapuval vannak lezárva, amely kapuk fel-le billenő mozgású nyitására, zárására 21 kapuemelő szolgál. A 21 kapuemelő 24 hajtóműre csatlakozó 22 hajtókarral és 23 nyomórúddal van kialakítva.

A 4 fatörzseket a 2, 3 szárítóépületekből hozó 5 konvejor a 19 etetőnyílásnál magasabban van elrendezve, és a 4 fatörzseket a kazán 25 betöltőszerkezete elé helyezi a 25 betöltőszerkezettel együtt működve. A 25 betöl4

HU 219 388 Β tőszerkezetnek kinyújtható 26 nyomórúdja és ennek végén elrendezett 27 nyomólapja van, amely nyomólappal a 4 fatörzseket az 5 konvejorról oldalirányban letolja, a konvejorról letolt fatörzsek egy 29 betöltőszerkezet 19 etetőnyílás előtti 28 etetőaknájába hullanak. A 29 betöltőszerkezettel és 28 aknával mindkét oldali 19 etetőnyílás el van látva. A 28 akna egyik oldalfalát a kazán etetőnyílásának 20 kapuja, másik oldalfalát a 29 betöltőszerkezet nyomólapja alkotja. A 28 aknát felülről 31 kapuszámnyal lezárt 30 töltőnyílás határolja. A 31 kapuszámy a 12 kazánfalon felbillenthetően van megfogva, és számymozgató 32 munkahengerrel van ellátva.

A 4 farönköknek az 5 konvejorról a 28 aknába ejtésekor a 30 töltőnyílás nyitva, a 19 etetőnyílás 20 kapuja zárva van, a 29 betöltőszerkezet pedig a leginkább hátrahúzott helyzetében van. Miután a 28 etetőakna megtelt 4 fatörzsekkel, a 30 töltőnyílás bezárul, a 20 kapu kinyílik és a 29 betöltőszerkezet egy lökettel betolja a 28 aknában lévő összes fatörzset a 19 etetőnyíláson át a kazán 11 égésterébe. A 4 fatörzseket felváltva az egyik, majd a másik oldali 19 etetőnyíláson át töltjük be a kazánba, így azok egyenletes réteget alkotnak a rostélyon. A tűzgyújtás bármilyen ismert, arra alkalmas módon történhet, a már meggyújtott fatörzsek a továbbiakban egymást gyújtják meg.

A 10 égéskamrát felülről 40 hőcserélő zárja le, amely a kazán vízterét foglalja magában. A fatörzsek és gázaik elégéséből származó hőenergia a 40 hőcserélőben gőzt termel, amellyel gőzturbinák hajthatók meg. A gőzturbinákkal meghajtott generátorok pedig villamos áramot termelnek. A kazán gőztermelő hőcserélője, a gőzturbinákkal hajtott villamos áramfejlesztő generátorok ismertek, ezért ezeket nem ismertetjük részletesebben, és a 40 hőcserélő kivételével a rajzon sincsenek feltüntetve. Természetesen a hőenergia villamos energiává alakítására más elrendezés is alkalmazható.

A 3. ábra szerinti példában a kazán égéskamrája a

2. ábra szerinti háromnál több 11,11A, 15, 50 égéstérre van osztva úgy, hogy az első 11 égéstér és a harmadik 15 égéstér között egy további, közbenső 50 égéstér is ki van alakítva. A közbenső égésteret alulról egy középre lejtő 51 rostély, oldalt a 12 kazánfalak határolják. A kiegészítő 50 égéstémek külön 53 légcsatomája van és az 51 rostély közepén 52 nyílás van kialakítva.

A négy égésterű kazán tüzelőanyag-tartó eszközének (100 rostélyának) 106 rostélyrúdjai között szélesebb rések vannak hagyva, mint a 2. ábra szerinti három égésterű kazánban, így nagyobb parázsdarabok esnek át a fatörzseket tartó 100 rostélyon, és kerülnek a közbenső 50 égéstérbe, ahol továbbégve apróbb parázsdarabokká esnek szét, amely apróbb parázsdarabok hullanak át az 51 rostélyon, hogy az alsó, harmadik 15 égéstérben hamuvá égjenek.

A különböző égésterekben különböző hőmérsékletek alakulnak ki, illetve különböző hőmérsékleteket tartunk fenn a szabályozott égetéssel. így előnyösen az első 11 égéstérben 1090-1315 °C közötti hőmérsékletet, a közbenső 50 égéstérben mintegy 815 °C-ot, a harmadik 15 égéstérben 345-480 °C átlaghőmérsékletet tartunk.

A gázok a második 11A égéstérben 1315-1538 °C közötti hőmérsékletet keltve égnek el.

Ilyen magas égési átlaghőmérséklet mellett a 100 rostélyt vízzel hűteni kell annak érdekében, hogy megbírja a fatörzshalmot, és ne roskadjon be annak tömege alatt. A találmány szerinti megoldásban a kazán hőcserélőjének teljes nyomás alatt álló és telítési hőmérsékletű tápvízével végezzük a 106 rostélyrudak hűtését, a 106 rostélyrudak csatornáinak tehát e nagy nyomást az adott magas hőmérsékleten is ki kell bírnia tartósan, károsodás nélkül. Tipikusan a 106 rostélyrudakat átjáró hűtővíz hőmérséklete 360 °C, nyomása 270 MPa. Ezek az értékek jó kiegyensúlyozottságot eredményeznek a 106 rostélyrudakat nyaldosó levegő 345-370 °C hőmérséklete és a víz 360 °C hőmérséklete között.

A 2. és 3. ábra szerinti 100 rostély egységes csőrendszert alkot két függőleges 102, 104 vízfallal, amelyek a kazán két egymással szemben álló 12 kazánfalát takarják az első 11 égéstér magasságában, a 19 etetőnyílások környezetében. A diafragmaszerű 102,104 vízfal függőleges 108 csövek (4. ábra) soraiból áll, amely egymáshoz hegesztett csövek felül 105,107 fejcsőbe vannak bekötve, alul pedig 90°-os hajlattal átmennek a 100 rostély hűtött 106 rostélyrúdjainak csöveibe. A 105,107 fejcsövek közvetlenül a 19 etetőnyílás alatt lényegében vízszintesen vannak elrendezve. A 12 kazánfalak 19 etetőnyílásánál magasabb részét is takarhatja alsó és felső fejcsövek között kialakított 102’, 104’ vízfal.

A 4. ábra a 2. és 3. ábra 4-4 metszete. A két 102, 104 vízfal felépítése lényegében egyforma, ezért elég az egyiket részletesebben ismertetni. A 4. ábrán feltüntetett 102 vízfal a felső 105 fejcsőbe torkolló, függőleges 108 csövekből álló, diaffagma jellegű fal, amelynek csövei egymáshoz vannak hegesztve, így folyamatos falat alkotnak. A 108 csövek 2-4 collos (51 mm-102 mm külső átmérőjű), előnyösen 3 collos (76 mm külső átmérőjű) csövek.

A szomszédos 110, 112, 114 (108) csövek a hoszszuk mentén közvetlenül vagy távtartó lemezcsíkok közbeiktatásával vannak egymáshoz hegesztve (5. ábra). Általában a 102, 104 vízfal csövei egy függőleges síkban vannak elrendezve, de elrendezhetók egymást takarva is. A fentiekből következik, hogy a 100 rostély hűtött 106 rostélyrúdjai a két szemben álló 102,104 vízfal között, azokat összekötő irányban vannak elrendezve, ahol a 102, 104 vízfalak egymással párhuzamos 108 csöveinek hossziránya lényegében merőleges a 106 rostélyrudak 110, 112, 114 csöveinek (6., 7. ábra) irányára. A vízfalak 110,112,114 csöveinek alsó vége 116, 118, 120 könyökben folytatódik. A három 110, 112, 114 csőből álló csoportok alsó csővégei nem vízszintes, hanem egy függőleges síkban, egymás alatti vízszintes könyökszárakban végződnek, ahol a közbenső 114 cső a legrövidebb, 90°-os 120 könyökkel rendelkező cső, amely a 100 rostély egyik 106 rostélyrúdjának felső 114 csövében (106., 107. ábra) folytatódik, a vízfal 114 csővel szomszédos egyik 112 csöve a 114 csőnél hosszabb, a cső 118 könyökének vízszintes szára a felső 120 könyök alá hajlik, és azzal azonos függőleges síkban csatlakozik a 106 rostélyrúd középső 114

HU 219 388 Β csövéhez, míg a három közül leghosszabb 110 cső 116 könyöke is a másik kettővel azonos függőleges síkban, a második cső 116 könyöke alatt csatlakozik ugyanazon 106 rostélyrúd harmadik, alsó 110 csövéhez az egyszerű 90°-os csőkönyöknél összetettebb térbeli alakzatban. Természetesen ez a csőcsatlakozási sorrend csak egy példa, a csatlakozási sorrend a vízfal csövei és a rostélyrúd alsó, középső és felső csöve között más is lehet, és a 106 rostélyrúd is kialakítható három cső helyett például kettővel.

A 6. ábra a 2., 3. ábra szerinti 6-6 metszetet ábrázolja. A 6. ábrán feltüntetett rostélyrúd-keresztmetszetben az egymás alatt, egy függőleges síkban elrendezett három vízszintes 114, 112, 110 cső merevítés céljából össze van egymással hegesztve, és a felső 114 cső fölé még egy kopásálló 122 rúd is van hegesztve, amely rúd jelentősen megnöveli a hűtött 106 rostélyrúd merevségét és teherbírását, továbbá megóvja a csöveket a károsodástól. Az ilyen emeletes szerkezetű rostélyrudak sokkal teherbíróbbak, mint az ismert, egy cső magasságú hűtött rostélyrudak. Az adott kazánban optimális rostélyrúd-keresztmetszet számos tényezőtől függően más és más lehet. Ilyen tényezők: a kazán mérete és terhelhetősége, az alkalmazott csövek mérete, szilárdsága stb. Az egymással párhuzamosan, 124 rések közbeiktatásával elrendezett 106 rostélyrudak sora alkotja a 100 rostélyt (7. ábra). A 124 rések szélessége úgy van megválasztva, hogy a hamun kívül a megfelelő méretű parázsló faszén is áthullhasson rajta.

Előnyös, ha az alkalmazott 110, 112, 114 csövek külső átmérője azonos, és a csövek közvetlenül egymás oldalához vannak hegesztve. A 102, 104 vízfal három szomszédos csövének együttes szélessége megszabja a 124 rés szélességét is oly módon, hogy egy rostélyrúd-szélesség és egy résszélesség együtt épp ennyit tesz ki, azaz a résszélesség két csőátmérővel egyenlő. Mód van kisebb résszélesség kialakítására is, például elválasztólemezek alkalmazásával, amelyek közbenső (nem hűtött) rostélyrudakat alkotnak, vagy kisebb átmérőjű csövek alkalmazásával, illetve mód van nagyobb résszélesség kialakítására is a vízfalak 108 csövei közé hegesztett távtartó lemezcsíkok alkalmazásával, esetleg a csőátmérők növelésével vagy különböző átmérőjű csövek alkalmazásával. A fenti lehetőségek egymással kombinálva is alkalmazhatók a célnak legmegfelelőbb résszélesség kialakításában.

A 8. ábrán egy alsó és egy felső 102,102’ tűzfalból összetett tűzfal van ábrázolva, ahol a már leírt - 19 etetőnyílás alatti - 102 vízfal ki van egészítve egy, a 19 etetőnyílás fölötti 102’ tűzfallal. Az alsó és a felső tűzfal csőrendszere az alsó vízfal 105 fejcsövének és a felső 102’ vízfal 105’ fejcsövének tűztéren kívüli összekötésével közösítve van. A példában a két végén összekötött két 105,105’ fejcső 130 fejcsőgyűrűt alkot, amely körülveszi a 19 etetőnyílást.

A 9. ábrán a 8. ábra szerinti 102, 102’ és 104, 104’ vízfalakkal és hűtött 100 rostéllyal megvalósított tüzelőanyag-tartó egység egyszerűsített vízáramköre van vonalasán ábrázolva. Az ábrán feltüntetett nyilak a hűtővíz áramlási irányát jelölik. Az ábra szerinti 136 dobban a kazán hőcserélőjéből származó víz és gőz van, és ide van becsatlakoztatva a tápvíz 145 csővezetéke egy 141 hőcserélő közbeiktatásával. A 136 dobból kivezető, lemenő 137 csővezetéken át jut hűtővíz a tüzelőanyag-tartóba, a tüzelőanyag-tartó alsó 134 fejcsövébe (az iszapcsőbe). Az alsó 134 fejcsőből a hűtővíz egyrészt a 100 rostély hűtött rostélyrúdjainak csövein, továbbá a 102 vízfal csövein át a 105 fejcsőbe, innen a 130 fejcsőgyűrűben a 105’ fejcsőbe, majd a felső 102’ vízfal csövein át vissza a 136 dobba halad, másrészt a másik oldali alsó 104 vízfalon át annak 107 fejcsövébe, innen a 132 fejcsőgyűrűben a felső 104’ vízfal alsó 107’ fejcsövébe, majd a felső 104’ vízfal csövein át vissza a 136 dobba kerül. Ily módon a két összetett vízfalban a hűtővíz fölfelé áramlik, a vízszintes rostélyrudakban az egyik vízfaltól a másik vízfal irányában mozog, és az egész egy összefüggő vízcsőrendszert alkot. A 3. ábra szerinti kazán tüzelőanyag-tartó egysége kialakítható a 9. ábrán vázolt módon.

A 10. ábrán a kazán egy harmadik előnyös kiviteli alakja van keresztmetszetben feltüntetve. A kazán elemei a 2. és 3. ábra kapcsán ismertetettekhez hasonlóak, az alkalmazott jelölések is egyezőek, így csak a megoldások közötti különbségeket emeljük ki. Lényeges különbség a már ismertetett példákhoz képest, hogy a 10. ábra szerinti megoldásban csak a kazán egyik oldalfalában van 29 etetőnyílás kialakítva, emiatt a 100 rostély nem vízszintes, hanem olyan irányban (az etetőnyílástól távolodva) lejtős, hogy a fatörzsek egyenletes terítését a rostély egész felületén segítse. Az egyenletes faágyvastagság fontos feltétele az égetés gázgenerálás tekintetében optimális szabályozhatóságának, az egyenletes égésnek és hőmérséklet-eloszlásnak, a gázok azonnali elégését kiváltó oxigénáttörések megakadályozásának. Optimális lehet a 100 rostély lejtőszöge a 8-22° lejtőszögtartományban, előnyösen 15°-nál. Az optimális lejtőszög értéke számos tényezőtől, így a fatörzsek fafajtájától, korától, méreteitől, különböző fatörzsek keveredésétől stb. függ, tehát az erőművet tápláló faállomány (erdő) ismeretében méretezendő.

All. ábrán a 10. ábra szerinti kazán egy lehetséges vízáramköre van feltüntetve. A 9. ábrához képest látható különbség abból adódik, hogy a kazánnak egy etetőnyílása van, és ebből következően csak az egyik oldala van összetett 102, 102’ vízfallal takarva, míg a másik oldali 104 vízfala nincs megosztva. A vízáramok útja ettől eltekintve megfelel a 9. ábra kapcsán ismertetetteknek.

A 12. ábrán a kazán egy negyedik kiviteli alakja van vázlatos keresztmetszetben ábrázolva. Az ábra jelölései megfelelnek a 2-11. ábrákon alkalmazott, megfelelő jelöléseknek. A 12. ábra szerinti kazán abban különbözik a 10. ábra szerintitől, hogy négy 11, 11A, 15, 50 égésiénél rendelkezik: az első 11 égéstér és a harmadik 15 égéstér között ki van alakítva egy közbenső 50 égéstér is. A kazán tüzelőanyag-tartó egysége a 10. ábra szerinti példával, vízáramköre all. ábra szerintivel egyezik.

A 13. ábrán a kazán egy ötödik példakénti kiviteli alakja van feltüntetve, amely főként abban különbözik az előző példáktól, hogy az első 11 égésteret határoló

HU 219 388 Β vízfalak helyett itt hőreflektáló 152, 153 szigetelőfal, illetve -bélés van alkalmazva, így a 100 rostély 106 rostélyrúdjai nem képeznek egy mechanikus egységet a felső 102’, 103’ vízfalakkal, bár a vízáramkörük összefüggő maradt.

A 13. ábra szerinti kazán vízáramkörei vázlatosan a

14. ábrán vannak feltüntetve. A 100 rostély 106 rostélyrúdjai a 136 dobból a jobb oldali lemenő 138 csővezetéken és az alsó 134 fejcsövön át kapnak hűtővíztáplálást, amely tápvíz a 106 rostélyrudakon áthaladva a bal oldali 105 fejcsőbe kerül. A 105 fejcsőbe bal oldali lemenő 137 csővezeték is beletorkollik. A 105 fejcsőből a víz egy 150 összekötő csövön átjut a bal oldali felső 102’ vízfal alsó 105’ fejcsövébe, és innen a 102’ vízfal csőrendszerén át vissza a 136 dobba. A jobb oldali 104’ vízfal alsó 107’ fejcsövébe a jobb oldali lemenő 138 csővezetéken át áramlik a 136 dobból a hűtővíz és a 104’ vízfal csőrendszerén fölfelé haladva jut vissza a 136 dobba.

E megoldásnak az az előnye, hogy meglévő kazánokba utólag is installálható, így meglévő hőerőművek átállíthatok fatörzs-tüzelőanyagra. A kazán ehhez szükséges átalakításait (etetőnyílás, tüzelőanyag-tartó egység) gazdaságossági és más megvalósítási körülmények figyelembevételével célszerű végezni.

A 15. ábrán egy-egy víz-gőz áramkörös megoldás vázlata van feltüntetve általános nyomásviszonyok közötti, közvetlen hűtővíz táplálásra.

A fatörzs tüzelésű hőerőmű jelentősen kisebb költséggel üzemeltethető, mint az aprított fával üzemelő hagyományos hőerőművek, mert elmaradnak a fa aprításának költségei. Ha a találmány szerinti egész fatörzseket elégető hőerőmű olyan helyen van telepítve, ahol a fakitermelés helyétől az erőműig szállítás költségei alacsonyan tarthatók, a tüzelőanyag költsége a hagyományoshoz képest a felénél is kevesebb lehet. A találmány szerinti megoldás előnye többek között, hogy a tüzelőanyag kemencébe táplálását nem szükséges pontosan adagolva végezni, mert az égés viszonylag lassú, több égésszakaszra van bontva, és így más eszközökkel jól szabályozható. Nem szükséges a tüzelőanyagot folyamatosan etetni a kemencébe, hanem lehet nagy adagokban, az előző adag leégése végén a kazánba etetni. A fatöizsek égési hőmérséklete a találmány szerint a maximális gáztermelésre van szabályozva, a gáz elkülönítetten, magasabb hőfokon történő elégetése ugyanolyan jó szabályozhatóságot biztosít, mintha tisztán gáztüzelést alkalmaznánk.

A fatörzstüzelés találmány szerinti módja a széntüzelésű erőműveknél is gazdaságosabb és környezetkímélőbb. A fa elégetésekor nem keletkezik kén-dioxid, mint a széntüzelésnél, a beruházási és üzemeltetési költségek a fatörzstüzelésű erőművekben alacsonyabbak, elmaradnak a füstgáz tisztításával kapcsolatos beruházási és üzemeltetési költségek.

Ha a fenti tényezők mindegyikével kalkulálunk, és így végzünk összevetést, az derülhet ki, hogy a találmány szerinti fatörzstüzelésű erőmű minden másféle hőerőműhöz képest kisebb beruházási költséggel megvalósítható és kisebb költséggel üzemeltethető.

Claims (13)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Kazán tüzelőanyag-tartó egysége, főként villamos hőerőműhöz, amely egységnek legalább részben hűtött rostélyrudakkal (106) rendelkező folyadékhűtésű tüzelőanyag-tartó eszköze van, amely rostélyrudak (106) hűtése csövekkel van megvalósítva, amely csövek fűtött vízkörbe vannak beiktatva, azzal jellemezve, hogy a tüzelőanyag-tartó eszköz rostélyrúdjainak (106) szerkezetében egy felső cső (114) és egy vagy több alsó cső (110, 112) van elrendezve, ahol a felső és az egy vagy több alsó cső (110, 112, 114) azonos függőleges síkban van elrendezve.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti tüzelőanyag-tartó egység, azzal jellemezve, hogy a hűtött rostélyrudak (106) lejtős elrendezésűek, és/vagy a rostélyrudak (106) között rések (124) vannak kialakítva,
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti tüzelőanyagtartó egység, azzal jellemezve, hogy a rostélyrudak (106) legalább három, egymás fölött fekvő csővel (110, 112, 114) vannak kialakítva, ahol a hűtött rostélyrúd (106) felső csövére (114) célszerűen erősítő, kopó rúd (122) van hegesztve, amely tüzelőanyag-tartó eszköz oldalt a tüzelőanyag-tartó eszköz fölé magasodó, csövekből (108) álló első vízfal (102) és csövekből (108) álló második vízfal (104) között van elrendezve, és a rostélyrudak (106) csövei (110, 112, 114) egyrészt az első vízfallal (102), másrészt a második vízfallal (104) közös vízkör részét alkotják.
4. 4. Az 1. igénypont szerinti tüzelőanyag-tartó egység, azzal jellemezve, hogy a tüzelőanyag-tartó eszköz rostélya (100) oldalt a tüzelőanyag-tartó eszköz fölé magasodó, csövekből (108) álló első vízfal (102) és csövekből (108) álló második vízfal (104) között van elrendezve, amely vízfalak (102, 104) egymással a rostély (100) megfelelő csövein (110, 112, 114) át össze vannak kapcsolva, ahol a rostély (100) felső csövei (114) az első vízfalhoz (102) tartozóan, a rostély alsóbb csövei (110,112) a második vízfalhoz (104) tartozóan vannak kialakítva, a rostély (100) hűtővizének tápforrása az első és második vízfalakban (102,104) vizet keringető tápforrás.
5. 5. A 4. igénypont szerinti tüzelőanyag-tartó egység, azzal jellemezve, hogy a rostély (100) csövei (110, 112, 114) az első és második vízfal (102, 104) csöveinek (108) hajlításával vannak kialakítva.
6. 6. A 4 vagy 5. igénypont szerinti tüzelőanyag-tartó egység, azzal jellemezve, hogy az első vízfal (102) alsó tartománya egy első síkban, a második vízfal (104) alsó tartománya egy második síkban van kialakítva.
7. 7. A 6. igénypont szerinti tüzelőanyag-tartó egység, azzal jellemezve, hogy az első és második vízfal (102, 104) alsó tartományai egymással párhuzamos síkokban vannak elrendezve, és közöttük a rostély (100) a második vízfal (104) felé lejtősen van elrendezve.
8. 8. A 6. igénypont szerinti tüzelőanyag-tartó egység, azzal jellemezve, hogy az első és második vízfal (102, 104) alsó tartományai egymással párhuzamos síkokban vannak elrendezve, és közöttük a rostély (100) a vízfalakra (102,104) merőlegesen van elrendezve.

   HU 219 388 Β
9. 9. A 4-8. igénypontok bármelyike szerinti tüzelőanyag-tartó egység, azzal jellemezve, hogy a rostély (100) rostélyrúdjai (106) között rések (124) vannak hagyva.
10. 10. A 4-9. igénypontok bármelyike szerinti tüzelő- 5 anyag-tartó egység, azzal jellemezve, hogy a rostély (100) rostélyrúdjai (106) legalább három, azonos függőleges síkban elrendezett csőből (110, 112, 114) állnak.
11. 11. A 4-10. igénypontok bármelyike szerinti tüzelőanyag-tartó egység, azzal jellemezve, hogy a rostély (100) rostélyrúdjainak (106) felső csöve (114) felső felületén erősítő, kopó rúd (122) van hegesztéssel rögzítve.
12. 12. A 4-11. igénypontok bármelyike szerinti tüzelőanyag-tartó egység, azzal jellemezve, hogy a hűtővíz tápforrása egy felső fejcsőbe (136) van bekötve, 15 amely felső fejcső (136) a második vízfal (104) alsó fejcsövével (134) van összekötve, amely alsó fejcső (134) egyrészt a második vízfal (104) csöveivel (108), másrészt rácsrudakon (106) át az első vízfal (102) csöveivel (108) össze van kötve.
13. 13. Hőfejlesztő rendszer villamos hőerőműhöz fatörzseket vagy legallyazott fákat egészben befogadó égéstérrel (10), a fa tüzelőanyagot égéstérbe (10) szállító konvejorral (5) és betöltőszerkezettel (25), valamint az 10 égéstérben (10) égő tüzelőanyag égéshőjét elnyelő energiaátalakító eszközzel és a fatörzseket vagy legallyazott fákat egészben az égéstérben megtartó tüzelőanyag-tartó egységgel, azzal jellemezve, hogy a tüzelőanyag-tartó egység az 1-12. igénypontok bármelyike szerint van kialakítva.