ITBO950234A1 - Generatore di vapore a doppio fondo bagnato ad altissimo rendimento - Google Patents

Abstract

Generatore di vapore del tipo a tubi di fumo ed a fondo bagnato. Prevede una caldaia 2 raccordata inferiormente e superiormente ad una piastra 50 internamente cava, con la quale scambia acqua attraverso il condotto 51, e vapore attraverso il condotto 52. Tale piastra è disposta a valle della caldaia 2, frontalmente rispetto ad un focolare 3.La parete anteriore 53 di detta piastra 50 costituisce un primo fondo bagnato, avente superficie molto ampia e consentendo pertanto un notevole aumento nell'efficienza dello scambio termico fra i gas surriscaldati, prodotti all'interno del focolare 3, e l'acqua contenuta nella piastra 50 medesima.Inoltre parte della parete posteriore 2b, della caldaia 2 risulta direttamente interessata dal getto 5 di gas surriscaldati rimbalzanti nella parete anteriore 53, agendo pertanto da secondo fondo bagnato, e contribuendo ad aumentare ulteriormente il rendimento termico del generatore di vapore.

Description

GENERATORE DI VAPORE A DOPPIO FONDO BAGNATO AD ALTISSIMO RENDIMENTO

DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE

La presente invenzione si inquadra nel settore tecnico concernente i generatori di vapore per uso industriale .

In particolare la presente invenzione si riferisce ad un generatore di vapore nel quale lo scambio termico fra i gas di combustione e l'acqua da vaporizzare avviene con un'efficienza molto elevata.

E noto che la produzione di vapore per uso industriale richiede l'uso di appositi generatori, nei quali l'acqua viene vaporizzata dal calore generato dalla combustione di gas o combustibili liquidi. I generatori sono solitamente costituiti da un corpo approssimativamente cilindrico disposto orizzontalmente, all'interno del quale è alloggiata una caldaia, anch'essa cilindrica, che contiene l'acqua da vaporizzare. Il diametro esterno di tale caldaia è uguale a quello interno del corpo del generatore, mentre la sua lunghezza è inferiore a quella dello stesso. Vengono in tal modo definiti, alle estremità anteriore e posteriore del generatore, due vani fra loro isolati, le cui funzioni verranno descritte nel seguito.

La caldaia è dotata al proprio interno di un focolare, ove avviene la generazione di gas surriscaldati (i cosiddetti fumi), costituito da un cilindro di metallo ondulato avente diametro inferiore a quello della caldaia stessa, disposto orizzontalmente e decentrato verso il basso. La sua parete anteriore coincide con una porzione della parete anteriore della caldaia, e vi è prevista, in posizione centrale, un'apertura atta a ricevere l'ugello di un bruciatore. Questo è a sua volta bloccato esternamente alla parete anteriore del corpo del generatore.

La porzione posteriore del focolare definisce una camera anch'essa cilindrica, avente diametro maggiore rispetto alla restante parte dello stesso. La parete posteriore di tale camera, il cosiddetto "fondo bagnato", è sede del trasferimento della maggior parte del calore dai fumi all'acqua contenuta nella caldaia. Il suo corretto dimensionamento costituisce perciò un fattore molto importante per determinare un buon rendimento del generatore.

Nel fondo bagnato è solitamente ricavata un'apertura, atta a porre in comunicazione il focolare con l'esterno attraverso la parete posteriore della caldaia e del corpo del generatore. Tale apertura è utilizzata per consentire l'accesso al focolare medesimo per scopi di manutenzione, ed è normalmente chiusa da un coperchio di materiale refrattario.

Dalla porzione posteriore del focolare si diparte altresì un fascio di tubi di fumo, che attraversa orizzontalmente l'intera caldaia, al disopra ed ai lati del focolare, comunque al disotto del livello operativo dell'acqua contenuta nella caldaia. Essi sfociano in corrispondenza del sopra menzionato vano anteriore, e sono destinati ad instradare i fumi dal bruciatore verso il medesimo vano anteriore, e da questo verso l'esterno, attraverso un idoneo camino. Contestualmente, attraverso tali tubi avviene un ulteriore trasferimento di calore fra i fumi, ancora molto caldi, e l'acqua da vaporizzare.

Il generatore sopra descritto è del tipo cosiddetto "a due giri di fumo". I generatori di maggiori dimensioni (del tipo "a tre giri di fumo") prevedono solitamente un secondo fascio di tubi di fumo, collocati all'interno della caldaia, esternamente al primo fascio rispetto al focolare. Essi mettono in comunicazione il vano anteriore col vano posteriore, e sono destinati ad instradare ulteriormente i fumi verso il vano posteriore, in corrispondenza del quale è in questo caso previsto il camino di uscita.

Nei generatori costruiti secondo i criteri sopra illustrati si cerca di massimizzare il trasferimento di calore dai fumi di combustione verso l'acqua contenuta nella caldaia, onde aumentarne l'efficienza e quindi il rendimento termico complessivo.

Una notevole limitazione a tale aumento di rendimento è data dalle dimensioni effettive del fondo bagnato. Queste sono tra l'altro limitate dalla presenza dell'apertura per ispezione sopra descritta, e del relativo coperchio di materiale refrattario, la cui superficie non contribuisce ovviamente allo scambio termico con l'acqua da vaporizzare.

Le forti sollecitazioni termiche alle quali tale coperchio è continuamente sottoposto ne compromettono, col passare del tempo, l'integrità, e richiedono interventi di manutenzione ravvicinati, che a volte comportano anche la sostituzione del coperchio medesimo.

Scopo della presente invenzione e' quello di proporre un generatore di vapore dotato di elevata efficienza nel trasferimento di calore dai fumi di combustione all'acqua nella caldaia, e pertanto di un altissimo rendimento termico.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di proporre un generatore di vapore che richiede interventi di manutenzione meno ravvicinati, più semplici e meno costosi .

Gli scopi suindicati vengono ottenuti in accordo con il contenuto delle rivendicazioni.

Le caratteristiche della presente invenzione sono evidenziate nel seguito con riferimento alle allegate tavole di disegno, in cui:

- la figura 1 illustra una vista schematica in sezione laterale di una prima forma di realizzazione di un generatore di vapore secondo la presente invenzione;

- la figura 2 illustra una vista schematica in sezione laterale di una seconda forma di realizzazione del predetto generatore di vapore.

Con riferimento alle suddette figure, si indica con 1 un involucro esterno portante di un generatore di vapore, solitamente realizzato con materiali refrattari non metallici. Esso presenta forma sostanzialmente cilindrica e viene bloccato, secondo modalità note, ad un basamento fisso, non illustrato in figura.

All'interno dell’involucro 1 è disposta una caldaia 2, anch'essa di forma cilindrica e diametro esterno uguale al diametro interno dell'involucro 1 stesso. Le dimensioni longitudinali di tale caldaia 2 sono invece inferiori rispetto a quest'ultimo, e la sua collocazione è tale da definire entro l'involucro 1 un vano anteriore 10 ed un vano posteriore 11, non comunicanti direttamente fra loro.

La caldaia 2 è destinata a contenere al proprio interno una quantità di acqua da vaporizzare, insieme a vapore surriscaldato prodotto dal riscaldamento della stessa.

Nella parte inferiore della caldaia 2 è previsto un focolare 3, conformato come un cilindro di metallo ondulato aperto alle estremità, avente la propria imboccatura anteriore 3a in corrispondenza della parete anteriore 2a della caldaia 2 e sfociante, dal lato opposto, nel vano posteriore 11. Tale imboccatura anteriore 3a è ostruita da un supporto 8 di materiale refrattario, che fuoriesce altresì anteriormente dall'involucro 1 ed è destinato ad alloggiare un ugello di un bruciatore 4. Il corpo del bruciatore 4 non è illustrato in figura, in quanto di tipo noto ed in particolare non attinente alla presente invenzione.

Immediatamente a valle del bruciatore 4, allfinterno del focolare, viene prodotto un getto 5 di gas surriscaldati, prodotti a seguito della combustione di carburante liquido o gassoso, destinati a riscaldare l'acqua contenuta nella caldaia per produrre vapore.

Una prima forma di realizzazione del generatore oggetto dell'invenzione, del tipo cosiddetto a due giri di fumo, è illustrata in figura 1. All'interno della caldaia 2, superiormente al focolare 3 e lateralmente allo stesso, è previsto un primo fascio di tubi di fumo 40, che attraversano l'intera caldaia 2 ponendo in comunicazione il vano posteriore 11 col vano anteriore 10.

Nella parte superiore di quest'ultimo è inoltre presente un camino 6, atto a consentire la fuoriuscita dal generatore dei gas surriscaldati.

E' da notare che, nelle fasi di produzione di vapore, il livello dell'acqua all'interno della caldaia 2 è sempre mantenuto tale da coprire interamente sia il focolare 3 che i tubi di fumo 40, in modo da ottimizzare lo scambio termico impedendo, nel contempo, il surriscaldamento degli stessi. A ciò provvedono vari organi sensori e di controllo dell'adduzione di nuova acqua dall'esterno, non illustrati in quanto di tipo noto.

Nella caldaia 2 sono altresì previsti organi di prelievo del vapore e dispositivi di sicurezza, anch'essi noti.

In corrispondenza della porzione posteriore 9 dell'involucro 1, a valle del vano posteriore 11, è prevista una piastra 50, internamente cava ed avente forma sostanzialmente cilindrica. Essa comunica con la caldaia 2, inferiormente tramite un condotto per l'acqua 51, e superiormente tramite un condotto per il vapore 52. In tal modo si consente all'acqua di fluire dalla caldaia 2 verso la piastra 50 attraverso il condotto per l'acqua 51, ed al vapore di fluire dalla piastra 50 verso la caldaia 2, attraverso il condotto per il vapore 52.

Fra parete anteriore 53 e quella posteriore 58 della piastra 50 è prevista una pluralità di rinforzi 56, opportunamente disposti, atti ad impedire eccessive deformazioni di detta piastra, provocate dal riscaldamento della predetta parete anteriore 53.

Nell'involucro 1 è inoltre previsto, lateralmente ed in corrispondenza del vano posteriore 11, uno sportello 7, atto a consentire l'accesso all'interno del generatore per ispezioni ed operazioni di manutenzione ordinaria.

La porzione posteriore 9 dell'involucro 1 è inoltre resa amovibile, ad esempio tramite un dispositivo a cerniera di tipo noto, per consentire un agevole accesso all'interno dell'involucro 1 medesimo per l'esecuzione di riparazioni interne, di manutenzioni generali o per lo scarico dei fanghi. A tale proposito sono previste, nei condotti 51,52 altrettante flange 54,55, atte a rendere amovibile la piastra 50 dalla caldaia 2.

In una seconda forma di realizzazione dell'invenzione, illustrata in figura 2 e relativa ad un generatore del tipo cosiddetto a tre giri di fumo, la piastra 50 presenta, in corrispondenza della parete anteriore 53, un'appendice anulare 57. Questa si protende verso la caldaia 2, fino ad interessare la parete posteriore 2b della stessa.

Tale appendice anulare 57 definisce, nel vano posteriore 11, una camera interna 12, direttamente comunicante con il focolare 3 e con il primo fascio di tubi di fumo 40. Essa definisce inoltre una camera esterna anulare 13, nella parte superiore della quale è realizzato un camino 6a.

All'interno della caldaia 2 è previsto inoltre un secondo fascio 41 di tubi di fumo, disposti orizzontalmente ed esternamente al focolare 3 ed al primo fascio di tubi di fumo 40, il quale pone in comunicazione il vano anteriore 10 e la camera esterna 13.

Il funzionamento del generatore di vapore a doppio fondo bagnato prevede innanzitutto l'adduzione di acqua, secondo modalità note, verso la caldaia 2, fino al raggiungimento di un livello operativo tale da ricoprire completamente il focolare 3, il primo fascio di tubi di fumo 40 e, nella suddetta seconda forma di realizzazione, il secondo fascio di tubi di fumo 41. Tale livello viene mantenuto costante per tutta la durata della produzione di vapore.

Il medesimo livello di acqua viene, per conseguenza, raggiunto e mantenuto anche all'interno della .piastra 50.

All'interno del focolare 3 si produce la combustione di una miscela di aria e di carburante, liquido o gassoso, fuoriuscenti dal bruciatore 4, che genera il sopra citato getto 5 di gas surriscaldati. Tale getto riscalda innanzitutto le pareti del focolare 3 e quindi si estende fino alla parete anteriore 53 della piastra 50, rimbalzando inoltre verso la parete posteriore 2b della caldaia 2. Per conseguenza, l'acqua all'interno della piastra 50 viene riscaldata e trasformata in vapore, che viene convogliato all'interno della caldaia 2 tramite il condotto 52.

La parete anteriore 53 della piastra 50 agisce perciò come fondo bagnato del generatore, in quanto è posizionata frontalmente rispetto al focolare 3 e riceve direttamente il getto 5 di gas surriscaldati. Ugualmente, parte della parete posteriore 2a della caldaia 2 agisce come ulteriore fondo bagnato, in quanto riceve il getto 5 di rimbalzo.

Durante il percorso suddetto i gas cedono la maggior parte dell'energia termica all'acqua contenuta nella caldaia 2 e nella piastra 50.

I fumi medesimi si incanalano quindi all'interno del primo fascio di tubi di fumo 40, cedendo ulteriore calore a questi e quindi all'acqua, ed arrivano in corrispondenza del vano anteriore 10, da dove vengono convogliati verso l'esterno attraverso il camino 6.

Il funzionamento della seconda forma di realizzazione del generatore di vapore differisce da quello della prima relativamente al percorso dei fumi. Essi vengono infatti convogliati dal focolare 3 verso la camera interna 12, quindi entro il primo fascio di tubi di fumo 40 verso il vano anteriore 10 e da questo, attraverso il secondo fascio di tubi di fumo 41, verso la camera anulare esterna 13 e successivamente verso l'esterno attraverso il camino 6a.

Durante l'attraversamento del secondo fascio di tubi di fumo 41 vi è una ulteriore, residua cessione di energia termica da parte dei gas surriscaldati all'acqua, con conseguente aumento dell'efficienza complessiva nello scambio di calore.

I vantaggi della presente invenzione consistono innanzitutto nell'ottenere un notevole aumento dell'efficienza nello scambio di calore fra i gas surriscaldati e l'acqua da vaporizzare. Ciò è dovuto soprattutto alla conformazione del fondo bagnato, che presenta una superficie utile per il trasferimento di calore molto più elevata rispetto ai generatori dell'arte nota, a parità di calorie prodotte all'interno del focolare 3. Inoltre, come già fatto osservare, parte della parete posteriore 2b della caldaia 2 opera come secondo fondo bagnato, aumentando ulteriormente la superficie di scambio.

L'assenza di un'apertura posteriore e, per conseguenza, di un relativo coperchio di materiale refrattario, rende altresì il generatore meno soggetto ad interventi per la riparazione o la sostituzione di tale coperchio, e pertanto maggiormente affidabile e sicura.

L'invenzione in questione è stata ovviamente descritta, con riferimento ai disegni allegati, a puro titolo esemplificativo, e non limitativo, ed è pertanto evidente che ad essa possono essere apportate tutte quelle modifiche o varianti suggerite dalla pratica nonché dalla sua attuazione ed utilizzazione, comunque comprese nell'ambito definito dalle rivendicazioni seguenti.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Generatore di vapore ad altissimo rendimento, del tipo comprendente: un involucro esterno 1, sostanzialmente cilindrico; una caldaia 2, anch'essa sostanzialmente cilindrica, alloggiata all'interno di detto involucro 1 in modo da definire in esso un vano anteriore 10 ed un vano posteriore 11 fra loro non direttamente comunicanti, ed atta altresì a contenere, al proprio interno, acqua da vaporizzare e vapore in pressione; almeno un focolare 3, realizzato all'interno di detta caldaia 2, preferibilmente a forma di cilindro ondulato; almeno un bruciatore 4, disposto in corrispondenza dell'imboccatura anteriore 3a di detto focolare 3 e destinato a produrre un getto di fumi 5 surriscaldati, a seguito della combustione di una miscela di combustibile ed aria, all'interno del citato focolare 3; almeno un camino 6, disposto in corrispondenza del citato vano anteriore 10 o del citato vano posteriore 11, atto a convogliare detti fumi 5 verso l'esterno; almeno un primo fascio di tubi di fumo 40, orizzontalmente disposti all'interno della citata caldaia 2, per mettere in comunicazione detti vano anteriore 10 e vano posteriore 11 e destinato a convogliare i fumi surriscaldati 5 verso il menzionato camino 6; detto generatore di vapore caratterizzandosi per il fatto che il citato focolare 3 attraversa interamente la citata caldaia 2, sfociando in corrispondenza della parete posteriore 2b di quest'ultima, per il fatto di prevedere, in corrispondenza della porzione posteriore 9 del citato involucro 1, una piastra 50, cava al proprio interno, separata dalla menzionata caldaia 2 e con essa comunicante tramite condotti di raccordo, rispettivamente inferiore 51, atto a consentire il passaggio di acqua, e superiore 52, atto a consentire il passaggio di vapore, essendo inoltre la parete anteriore 53 di detta piastra 50 direttamente rivolta verso il getto dei predetti fumi surriscaldati 5 uscenti dal citato focolare 3, ed operante come fondo bagnato per agevolare il trasferimento di calore fra questi e l'acqua da vaporizzare, e per il fatto che la parete posteriore 2b della suddetta caldaia 2 si trova a diretto contatto con detti fumi 5, costituendo pertanto un secondo fondo bagnato.
2. 2. Generatore di vapore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta piastra 50 prevede una pluralità di rinforzi 56, colleganti le pareti anteriore 53 e posteriore 58 della stessa, destinati ad irrobustirne la struttura ed a contenerne le deformazioni.
3. 3. Generatore di vapore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i citati condotti di raccordo inferiore 51 e superiore 52 prevedono flange di collegamento 54,55, destinate a consentire il distacco della menzionata piastra 50, e dal fatto che una porzione posteriore 9 del citato involucro 1, alloggiante detta piastra 50, può essere rimossa per consentire l'accesso a detti vano posteriore il e focolare 3.
4. 4 . Generatore di vapore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta piastra 50 è dotata, in corrispondenza della menzionata parete anteriore 53, di un’appendice anulare 57, protendentesi verso la citata caldaia 2 ed a contatto con essa, destinata a definire nel citato vano posteriore 11 una camera interna 12, comunicante direttamente col citato focolare 3 e, attraverso il citato primo fascio di tubi di fumo 40, con il vano anteriore 10, ed una camera esterna 13, non comunicante col medesimo, e dal fatto di prevedere un secondo fascio di tubi di fumo 41, disposto all'interno della suddetta caldaia 2 e destinato a mettere in comunicazione detti vano anteriore 10 e camera esterna 13.
5. 5. Generatore di vapore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di prevedere altresì uno sportello d'ispezione 7, realizzato lateralmente nel citato involucro 1, in corrispondenza di detto vano posteriore 11 e destinato a consentire l'accesso a guest 'ultimo.
6. 6. Generatore di vapore a doppio fondo bagnato ad altissimo rendimento sostanzialmente come descritto, illustrato e rivendicato, e per gli scopi sopra descritti .