NO157106B - Elektrolyscelle for fremstilling av magnesiummetall. - Google Patents

Description

Hetvannskjele.

I den tiltagende utbygning av fjern-varmeanlegg konsentreres ofte varmekje-

lene i meget store sentraler, og kombine-

res med anlegg for varmekraftgenerering.

De kjente hetvannskjelene har flere ulem-

per, de er uhensiktsmessige for direkte oppvarmning av fordelingsnettets urene fjernvarmevann på grunn av de høyt belastede varmeflatenes ømfindtlighet for belegg hvorav følger nødvendigheten av en sepa-

rat kj elevannkrets med derav følgende lange, fordyrende sirkulasj onsledninger, sirkulasjonspumper og varmeveksler. Den separate kretsen kommer også til å inne-

holde en stor mengde vann, hvilket er ura-sjonelt og gjør reguleringen av kjelen lang-

som. Varmevekslerne må beregnes for lave temperaturdifferanser mellom kjelevann og nettvann, for å oppnå god økonomi i hetvannskj elen, og de blir derved store og kostbare. De fra pris-synspunkt gunstige og derfor oftest brukte hetvannskj eler, hvis ildsted er oppbygd av avstagede plateveg-

ger, har også den avgjorte ulempe at man ikke kan tillate nevneverdig damputvik-

ling langs disse fyrflater.

Foreliggende oppfinnelse, som gjør det mulig rasjonelt og økonomisk å tilgodese alle krav som stilles til en moderne fjern-varmesentral eller til et varmekreftverk, kjennetegnes av en ny kombinasjon og sammenstilling til en enhet av kjente fremgangsmåter og apparater. Sirkulasjo-

nen i kj elevanriskretsen i fig. 1, opprett-holdes fordelaktig ved hjelp av den stige-

kraft som genererte dampbobler 2 medfø-

rer og som i denne oppfinnelse hensikts-messig fremstilles, kontrolleres og utnyttes.

De røkgassbestrøkne delene kjøles, helt el-

ler delvis av vann. Dampboblene fremstil-

les ifølge kjent dampkjele teknikk ved at kjeletrykket tilsvarer metningstrykket ved samtidig tilførsel av varme, samt frem for alt ved at trykket synker under metningstrykket ved utnyttelse av den hydrosta-

tiske trykkforskjell når vannet stiger opp-

over. Varmtvannskjelens fyrsted 3 og kon-veksjonsparti 4 utgjøres av velprøvede kon-struksjoner av stagede platevegger eller,

for å oppnå en høyere standard i trykkhen-seende, helt av et rørsystem eller muligens en kombinasjon av disse. Kjelen er på vanlig-måte forsynt med fyrapparat, f. eks. som vist på tegningen, en oljebrenner 5. For å muliggjøre den nevnte generering av dampbobler og derved få en sirkulasjon, er hetvannskj elen utrustet med en dampkuppel 6 med fri vannflate, der de dannede dampboblene frigjør seg fra vannet og der den således frie dampen kondenserer på en kondenseringsvarmeveksler 7, gjennom hvis sekundære del en del av fjernvarmenettets fordelingsvann strømmer inn gjennom sekundære innløp 8 og ut gjennom dens sekundære utløp 9. Ved å holde kjelevannet 10 på et høyt trykk- og temperaturnivå og

på grunn av det faktum at varmeover-gangstallet ved kondensasjon er ualminne-

lig høyt, blir kondensasjonsvarmeveksler-

nes varmeflate meget liten i forhold til den utvekslede varmemengde. Kondensasjons-varmeveksleren 22 kan dessuten legges' s-.

utenfor kuppelen 6 ifølge fig. 2, med nød-vendig fallrør 11 for kondensat og forbin-delsesrør 12 for damp.

Den ovenfor beskrevne hetvannskj elens kjelevannsdel er beregnet til å kjøres med høy temperatur, hvilket gjør umulig på konvensjonell måte å kjøle ned røkgas-sene ved hjelp av kjelevannet til en økonomisk forsvarlig temperatur. Innen en viss, ganske stor del av hetvannskj elens konvek-sjonsparti har imidlertid røkgassene så lav temperatur at en skade på trykk-karet her ikke kan inntreffe ved en belegning på vannsiden, i motsetning til det som er tilfelle f. eks. i fyren. Denne lavtemperaturdel av konveksjonsflaten utgjøres av en gass/vann-varmeveksler som tidligere har fått store dimensjoner på grunn av at tem-peraturdifferansen mellom kjele vann og røkgasser mot slutten av avkjølingen har vært meget begrenset dersom det er an-vendt separat kjelevannskrets. Denne lavtemperaturdel, som i fig. 1 er angitt med tallet 13, utnyttes i foreliggende oppfinnelse uten ulempe for direkte oppvarmning av fjernvarmevann, som jo har en betydelig lavere temperatur enn kjelevannet og også lavere temperatur enn kjelevannet i konvensjonelle anlegg. Fjern var-mtvannets innløp 14 og utløp 15 er vist i fig. 1. Den således oppnådde høye tempe-raturdifferansen utnyttes for lett og ef-fektivt å kjøle røkgassene helt til den grense som bestemmes av korrosjon eller øvrige økonomiske betingelser. Den i lav-temperaturdelen 13 utvunnede varme, som utgjør en stor del av den i kjelen totalt genererte varme, overføres på denne måte direkte til nettvannet, hvorved behovet av en separat ytre varmeveksler, som nevnt i innledningen, helt eller delvis er forsvun-net.

Den av kondensasj onsvarmevekslerens 7 kondenserte damp, samt det vann som ved dampboblenes induserende sirkulasjon er tilført kuppelen, ledes tilbake gjennom fallrøret 16 til hetvannskj elens varmef later. Vannsirkulasjonen gjennom fallrøret kan gjøres meget sterk og ved å innkople en formålstjenelig varmeveksler 17 i fallrøret 16 kan man fullstendig kontrollere dampdannelsen i hetvannskj elen. I retur til hetvannskj elens varmef later kommer nå vann som har vesentlig lavere temperatur enn metningstemperaturen for det rådende trykket og som først må varmes opp til metningstemperatur innen dampbobler på nytt kan begynne å dannes. Ved å avpasse varmeveksleren 17 kan området der dampboblene begynner å dannes, plaseres på ønskelig sted innen hetvannskj elen. Den i fallrøret innkoplede varmeveksler er altså det organ som gjør bruk av en hetvannskj ele av typen med avstagede platevegger, mulig for selvsirkulasjonen ved hjelp av gassbobler, idet at man med varmeveksleren kan kontrollere og unngå skade-lig dampdannelse i fyrens høyt belastede varmef later. Denne nye kombinasjon gjør det altså mulig ved hjelp av hetvannskj ele med begrenset dampgenereringsevne gjennom innsetting av varmeveksleren 17 å skape et aggregat som fyller de i innledningen nevnte krav til en hetvannskj ele for store sentraler.

Det er således ved av-veining mellom varmevekslerne 7, 13 og 17, mulig innen store marginaler å stille inn damptrykk, f orbruksdampmengde, kj elevannssirkula-sjon og total dampgenerering, samt røk-gasstemperaturer. De beskrevne varme-vekslere 7 og 13 kan til sammen med varmeveksleren 17 sørge for varmeveksling av hele den i kjelen genererte varmeeffekt.

Den ved 18 uttatte forbruksdamp kan, uavhengig av om den uttas intermittent eller kontinuerlig, overhetes til rimelig temperatur for derved å oppnå ytterligere for-bedret kvalitet. En overheter 19 av vanlig type, helt utført i et eller annet legert ma-teriale, plaseres da i gassbestrykningsdelen mellom kj elevannsdelen og lavtemperatur-delen. Temperaturen i røkgassene er her på forhånd avpasset slik at en legert overheter uten videre klarer denne temperatur, selv i lange tider, da den kan kjøles av damp.

Oppfinnelsen gjør det mulig i vesentlig grad å bringe ned kjelevannsvolumet i sammenligning med andre systemer med separat kjelevannskrets og pumpevanns-sirkulasjon, hvilket er en avgjort fordel for reguleringen av kjelen. Hetvannskj elen kan naturligvis kompletteres med andre detal-jer, så som en kondensatpumpe 21 i til-bakegangsledningene 11 fra den utenfor kuppelen liggende kondensasj onsvarme-veksler 22, som da kan plaseres uavhengig av den frie væskeflaten i kuppelen, eller en sir kulas jonspumpe 20 i fallrøret 16 som sikkerhet for driften om kondensasj ons-varmeveksleren må tas ut av drift og re-pareres.

Ifølge den i fig. 3—5 viste utførelses-form består konveksj onsdelen av tynne rør, der røkgassene bestryker rørene tvers over deres lengderetning og der således dampdannelsen skjer inne i rørene. Rørene an-ordnes i frem- og tilbakegående slynger og den dannede dampen ledes sammen med sirkulasjonsvannet gjennom stiger inn i kuppelen, som er plasert på en for selvsirkulasjon betryggende høyde over det be-rørte konveksj onspartiet, og der den dannede damp kondenseres på kondensasj ons-varmeveksleren. Fra kuppelen faller siden sirkulasjonsvannet i fallrøret tilbake til hetvannskj elens fyrsted, fra hvis topp den beskrevne konveksj onsdelen utgår. Selvsirkulasjonen oppstår ved forskjellen i spesi-fikk vekt som finnes mellom vannet i fall-røret og vann-damp-emulsjon i stigerøret. Da ca. —<y>3 av kjelens varme-effekt kan overføres i et konveksj onsparti, kan man oppnå fullstendig betryggende sikkerhet for at dampdannelsen ved alle driftstilfeller inntrer innenfor det oppgitte parti. Det fysikalske forhold at ved her forekommende temperaturområde vil en liten endring av temperaturen forårsake en stor endring i metningstrykket, kan også utnyttes her.

Det er tidligere kjent at tynne rør trukket i horisontale slynger, men med en i det vesentlige oppover gående strøm-ningsretning, kan brukes ved selvsirkula-sjonssystem for dampkjeler. Bruken av slike i forbindelse med hetvannskj eler er imidlertid helt nytt. Denne kombinasjon, samt utnyttelse av deres strømningskarak-teristikk ved riktig beregning av inngåen-de komponenter i forbindelse med en kon-trollert dampdannelse har tidligere ikke forekommet.

Den i fig. 3 viste varmtvannskjele er forsynt med fyrsted 101 av avstaget plate. Fyranordningen 122, i dette tilfelle er det vist en oljebrenner, lar brenselet forbrenne i forbrenningsrommet 123, hvorifra røk-gassene først passerer en konveksj onsdel 107, deretter en overheter 117 og ytterligere en konveksj onsdel 119, som ikke behø-ver være tilsluttet til kj elevannskretsen 118.

Kjelevannskretsen fungerer som tidligere nevnt med selvsirkulasjon ved utnyttelse av dampdannelsen. Denne dampdannelse må allikevel begrenses slik at den ikke inntrer i fyrstedets deler og dette skjer ved at med varmeveksleren 108 å kjøle ned sirkulasjonsvannet som gjennom fallrøret 103 faller fra kuppelen 105 tilbake til hetvannskj elen. Ved avpasset størrelse av varmeveksleren oppnås metningstemperatur først innenfor konveksj onsdelen 107.

Dampen som dannes i konveksj onsdelen 107 bidrar til en kraftig sirkulasjon. Ved konstruktivt å utforme kjelevannskretsen med forskjellig hydrodynamisk motstand og ved av-veining av den dannede dampmengde ved forskjellig størrelse på delen 107, 108 og 113, kan sirkulasjonens avhen-gighet av kjelebelastningen gis forskjellig karakter. Fra dampkj eleteknikken er det et kjent faktum at ved selvsirkulasjon oppnås det maksimale sirkulasjonstall, dvs. forhold i vekt mellom pr. tidsenhet sirku-lert vannmengde og dannet dampmengde, ved en meget lav kjelebelastning. Større deler av dampkjelens belastningsområde må således arbeide med et sirkulasjonstall bortimot maksimumspunktet på den ned-over gående delen av sirkulasjonstallets av belastningen avhengig karakteristikk. I foreliggende tilfelle, om man i hetvannskj e-len i likhet med en dampkjele arbeidet med sirkulasjonstall beliggende hen imot dets maksimum, skulle varmeveksleren 108 få en negativ karakteristikk, hvilket umulig-gjør hetvannskj elens rasjonelle utnyttelse i fjernvarmenett. Det er her således viktig å legge hetvannskj elens hele arbeidsområde innen den oppover gående delen av sirkulasjonstallets karakteristikk. Dette er i foreliggende tilfelle mulig å utføre. Ved riktig dimensjonering av varmeveksleren 113, hvilken jo helt bestemmer den i hetvannskj elens dannede dampmengde, kan denne dampdannelse over hele belastningsområ-det begrenses slik at tilsiktet sirkulasjons-karakteristikk oppnås. Dette er mulig bare når dampmengden er temmelig uavhengig av kj eleeffekten, hvilket forhold nettopp inntreffer i foreliggende oppfinnelse. Konveksj onsrøréne 107 har med utnyttelse av hetvannskj elen også kunnet gjøres så korte som overhodet mulig. Strømningsmotstan-den i disse rør kan derfor holdes på en lav verdi. I kjelen kan ca. 1/10 av kjeleeffek-ten ved full belastning omsettes i damp, hvilket er tilstrekkelig for en fullgod sirkulasjon. Tilpasses reguleringen varmeveksleren 113 kan den dannede damp iste-detfor å kondenseres, uttas som forbruksdamp.

Ved dampdannelse inntreffer ofte ure-gelmessigheter i det fysikalske forløpet. Ved foreliggende konveksj onsflate 107 kan

således relativt sterke, gjentagne, men

meget kortvarige dampstøt forekomme. Ved

et slikt støt kan det hende at en liten mengde damp plutselig forplanter seg mot strømningsretningen og at damp kommer

ut i hetvannskj elens vannrom, hvorfra rø-rene 107 utgår. Denne damp må raskt kun-ne ledes bort, og dette skjer gjennom røret 112 som uten motstand går direkte til kuppelen 105, og munner ut ovenfor den frie vannflate 106. Dette rør tjener også en an-nen hensikt, nemlig til å lede bort den lille dampmengde som dannes i hetvannskje-lens fyr-rom, og utgjør altså et sikkerhets-rør for fyrstedet. Rørene i konveksj onsdelen 107 munner ut straks efter utgangen fra

i kjelen i en samlingsboks 111, fra hvilken

stigerøret 104 med overløft munner ut i

kuppelen.

Fig. 4 og 5 viser i forstørret skala en

illustrasjon og et snitt gjennom, konveksj onspartiet 107. Rørene kan naturligvis

tenkes utført med parallell rørstilling iste-detfor sikksak.

Claims (5)

1. Hetvannskj ele, med de av røkgas-sene bestrøkne delene helt eller delvis kjølt

av vann, arbeidende med en fra det øvrige varmedistribusjonssystem separat kjelevannskrets med selvsirkulasjon, hvilken fremkalles ved innvirkning av i hetvannskj elen dannede dampbobler, hvilke dels bringes til å kondensere på en i eller utenfor en kuppel anbragt kondensasj onsvar-meveksler (7 eller 22), dels kan uttas fra kuppelen som forbruksdamp, karakterisert ved at det i fallrøret (16) fra kuppelen (6) er innkoplet en varmeveksler (17) som ved nedkjøling av returvannet regulerer dampdannelsen i hetvannskj elen.

2. Hetvannskjele ifølge påstand 1, karakterisert ved at hetvannskje-lens lavtemperaturdel (13) ikke inngår i kjelevannskretsen, men at røkgassene der kjøles av et annet medium.

3. Hetvannskjele ifølge en eller begge lv foregående påstander, karakteri-e r t v e d at dampen som for forbruk ut-as av kuppelen (6), kontinuerlig eller in-ermittent kan overhetes i en overheter 19), anordnet slik at den ikke tar skade lår den ikke kjøles av damp.

4. Hetvannskjele ifølge en eller flere iv foregående påstander, karakteri-er t ved at dampdannelsen helt eller lelvis er plasert i en konveksj onsdel som >estår av parallelt koplede tynne rør (107), lvilke utgår fra hetvannskj elens varme-oms øverste del, idet rørene er bøyd i frem-ig tilbake-gående slynger med horisontale jartier med hovedsakelig oppovergående itrømningsretning og står gjennom stige-■øret i forbindelse med kuppelen,

5. Hetvannskjele ifølge påstand 4, karakterisert ved at den damp som ' ed uregelmessig dampdannelse i konvek-ijonsdelen (107) strømmer mot strøm-lingsretningen ut i hetvannskj elens vann- •om, sammen med den i hetvannskj elens 'yrsted eventuelt dannede damp bortledes ;jennom et rør (112) som står i direkte for-bindelse med dampkuppelens damprom.