NO319294B1 - Fyringsanlegg med vaeskekjolte ristelementer - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et fyringsanlegg med væskekjølte ristelementer, som hvert har tilførsel og tilbakeløp for et kjølemiddel.

Væskekjølte, særlig vannkjølte ristelementer for fyringsrister har lenge vært kjent fra WO 96/29544 A1 og DE-PS 624 892. Fra det første skriftet er kjent anordningen av

en beholder som er åpen mot atmosfæren, men som bare danner en forbindelse fra tilbakeløpet til atmosfæren. Tilførselen skjer derimot via en transportpumpe, idet trykket i kjølemidlet i dette området, og også gjennomstrømningsmengden, bestemmes av arbeidet til denne transportpumpen og reguleringsventilen som er innkoplet etter pumpen. Det andre skriftet beskriver en fyringsrist, idet en beholder som er åpen mot atmosfæren er anordnet ved den øvre enden, men denne beholderen utgjør ingen kondensasjonsinnretning, men muliggjør utstrømning av lavtrykksdamp til atmosfæren. Graden av avkjøling av kjølemediet i denne forbrenningsristen er mer eller mindre tilfeldig, ettersom volumstrømmen av primærluften, som utgjør kjølemedium for kjølevæsken, ikke fritt kan varieres. Som kjent må den tilførte primærluften orienteres etter de forbrenningstekniske tilstander på risten, og kan dermed ikke bevirke noen definert kondensasjon av eventuell dannet vanndamp i sirkulasjonssystemet. En ulempe ved moderne fyringsanlegg er det faktum at et forholdsvis stort reguleringsteknisk system må drives for på den ene siden å sikre en tilstrekkelig kjøling av ristelementene og på den annen side den nødvendige sikkerhet ved for sterk varmepåvirkning på ristelementene.

En oppgave for oppfinnelsen er å komme frem til et fyringsanlegg med et kjølesystem for ristelementene som medfører sirkulasjon av kjølemidlet uten reguleringsinnretning og uten transportinnretning, og ved hvilket det ikke er nødvendig med innretninger for å ivareta sikkerheten med hensyn til overtrykk.

Denne oppgaven løses med et fyringsanlegg av den innledningsvis angitte typen i henhold til oppfinnelsen ved at tilførselen og tilbakeløpet står i forbindelse med en kondensasjonsinnretning som er åpen mot atmosfæren, at et U-formet kjølevæske-element er anordnet i tilførselen, idet den ene grenen har en væskehøyde som danner et vilkårlig valgt maksimaltrykk i systemet, og at den andre, kortere grenen er forbundet med en sentral fordeler for de enkelte ristelementer.

En særlig foretrukket utførelse, som særlig øker driftssikkerheten, kjennetegnes ved at den øvre enden av den korte grenen som er forbundet med den sentrale fordeler ligger med en valgt sikkerhetsavstand under det laveste punktet for kjølemiddelstrømning i det laveste ristelementet.

Kondensasjonsinnretningen som er åpen mot atmosfæren sikrer at det også ved fullstendig fordamping av kjølemidlet i sirkulasjons-kjølesystemet ikke kan oppstå høyere trykk enn det som bestemmes av væskehøyden i den lange grenen av væskeelementet, og som er fritt valgbar. I praksis velges en væskehøyde på 4,85 m over det laveste punktet i kjølemiddelstrømmen i det laveste ristelementet, for å forhindre at overtrykket i kjølesystemet overstiger 0,5 bar, ettersom dette anlegget ellers vil falle inn under dampkjelbestemmelsene med andre sikkerhetsforskrifter. Avstanden mellom det laveste strømningsnivået i det laveste ristelementet og den øvre enden av den korte grenen som er forbundet med den sentrale fordeleren betegnes som sikkerhetshøyde, og angir den væskehøyden som i det U-formede væskeelementet bevirker et trykk som skal motvirke motsatt strømning i kjølesystemet, også når det inntreffer en sterk blæredannelse på grunn av fordamping av kjølemiddel ved lokal, særlig sterk varmeinnstråling mot et ristelement. I praksis velges av sikkerhetsgrunner denne sikkerhetshøyden slik at den tilsvarer det dobbelte av verdien av høydeforskjellen til en skrå fyringsrist mellom det høyeste og laveste punktet i kjølemiddelstrømningen i denne fyringsristen.

For å oppnå like trykkforskjeller mellom hvert ristelement og den tilordnede, sentrale fordeleren og dermed like strømningsbetingelser i de enkelte ristelementer er den sentrale fordeleren under det strømningsmessig parallelt tilkoblede ristelementet i risttrinnene og i lengderetningen av fyringsristen anordnet med en høydeavstand som er lik i lengden av hele fyringsristen og som er mindre enn sikkerhetshøyden.

Den samme grunn foreligger også når tilbakeløpet, i en annen utførelse av oppfinnelsen, har en sentral oppsamler for de enkelte, strømningsmessig parallelt tilkoplede ristelementer i risttrinnene, og som er anordnet under ristelementene og i lengderetningen av fyringsristen med en i lengden av hele fyringsristen lik høydeavstand som er mindre enn sikkerhetshøyden. Anordningen av både den sentrale fordeleren og den sentrale oppsamleren med en høydeavstand til fyringsristen som er mindre enn sikkerhetshøyden er besørget fordi driftsforandringer under visse omstendigheter gjør det nødvendig å forandre sikkerhetshøyden. Også i et slik tilfelle skal det sikres at den sentrale oppsamler og den sentrale fordeler har en mindre høydeavstand til fyringsristen enn den som tilsvarer sikkerhetshøyden. Denne sentrale oppsamleren og sentrale fordeleren er fastmontert og lar seg senere neppe forandre med hensyn til høyde, hvilket for tilkoplingen til den korte grenen av det U-formede kjølevæskeelementet som bestemmer sikkerhetshøydeavstanden ikke gjelder i denne grad.

For å sikre at strømningshastigheten gjennom alle ristelementene i høy grad er den samme og at det også foreligger det nødvendige trykkfallet for en strømningsretning fra den sentrale fordeleren, gjennom ristelementene, til den sentrale oppsamleren, er i henhold til en fordelaktig utførelse av oppfinnelsen en strupeinnretning innmontert i hver utløpsledning mellom ristelement og sentral oppsamler.

Ettersom ristelementene opptar forholdsvis lite kjølevæske er et visst væskereservoar nødvendig for å ha tilstrekkelig kjølevæske til disposisjon ved stor fordampning, og ved en annen fordelaktig utførelse av oppfinnelsen har den andre, korte grenen av det U-formede kjølevæskeelementet et ekstra lagringsvolum for kjølevæske.

En foretrukket utførelse for å danne et væskereservoar kjennetegnes i henhold til oppfinnelsen ved at den korte grenen av det U-formede kjølevæskeelementet er utformet som en beholder, i hvilken den lengste grenen med minst diameter er neddykket og rager til i nærheten av bunnen av den korte grenen, at den øvre, lukkede enden rager til like under det laveste punktet i den laveste kjølemiddelstrømmen i det laveste ristelementet og at en forgrening forløper til den sentrale fordeler under det høyeste punktet i beholderen. Fortrinnsvis er den sylindriske beholderen høyere enn det som tilsvarer den geodetiske høyden til den korte grenen, dvs. at den sylindriske beholderen rager forbi forgreningen til den sentrale fordeler.

For å tilbakeføre all kjølevæske som finnes i kjølesystemet er i en utførelse av oppfinnelsen den sentrale oppsamleren fra sitt laveste punkt forbundet med en kondensat-samlebeholder via en ledning. Herfra kan kjølevæsken på nytt innføres i systemet ved at kondensat-samlebeholderen er forbundet med kondensasjonsinnretningen via en pumpe og en ledning. Derved er det særlig hensiktsmessig at ledningen i henhold til oppfinnelsen munner ut med en sprøytedyse i kondensasjonsinnretningen.

Når i en annen utførelse av oppfinnelsen kondensasjonsbeholderen er utstyrt med en

kjøleinnretning, kan det kondenserte kjølemediet i nedkjølt form tilbakeføres til kondensasjonsinnretningen. Derved er det muliggjort at kondensasjonsinnretningen i en utførelse av oppfinnelsen er utformet som en overflatekondensator med vannkjølte kjøleelementer

og en våtkondensasjonsinnretning som kan tilkoples. Våtkondensasjonsinnretningen som kan tilkoples er dannet av sprøytedysen, gjennom hvilken nedkjølt kondensat fra kondensat-samlebeholderen sprøytes. Denne våtkondensasjonsinnretningen, med hvilken dampen som tilbakeføres til kondensasjonsinnretningen kondenserer på de nedkjølte vanndråper, gjør på en viss måte kjølevæskekretsløpet enda sikrere dersom de vannkjølte rørene i kondensasjonsinnretningen skulle bli utsatt for skader.

Når kondensasjonsinnretningen i en annen fordelaktig utførelse av oppfinnelsen kan avstenges mot atmosfæren og tilkoples en vakuumkilde, kan på en særlig enkel måte kjølesystemet i fyringsanlegget settes i drift. I dette tilfelle dannes på grunn av trykkfallet i damprommet i kondensasjonsinnretningen det samme undertrykket i den sentrale oppsamler, slik at kjølemidlet strømmer ut av ristelementene til den sentrale oppsamler, tilsvarende trykkfallet, idet denne starten av strømning fremmes ved at en såkalt "startbrenner" antennes i fyringsrommet over fyringsristen og bevirker varmestråling mot fyringsristen. Derved oppvarmes det kjølemediet som befinner seg i ristelementene, og eventuelt også fordamper, slik at kjølesystemet kommer i bevegelse ved en slags tyngdekraftoppvarming.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere ved hjelp av et utførelseseksempel vist på den vedføyde tegning. I den eneste figuren er vist skjematisk et fyringsanlegg med fyringsrist og kjølesystem.

I et fyrrom 1 er anordnet en fyringsrist 2 som har fem etter hverandre liggende risttrinn 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 og 2.5, dannet av ristelementer som ligger ved siden av hverandre, idet risttrinnene er overlappende og skrådd i likhet med takstein, slik at den bakre enden av fyringsristen, som en utløpsvalse 3 er anordnet på, ligger lavere enn stedet 4 for tilførsel av brennstoff. De enkelte risttrinn 2.1 - 2.5 er vannkjølte. For dette er de enkelte risttrinn forbundet med en sentral fordeler 5 som bevirker tilførsel, via tilførselsledninger 6-10. Gjennom disse ledninger tilføres kjølevæske, vanligvis vann, til de enkelte risttrinn, og tilbakestrømningen skjer gjennom utløpsledninger 11 - 15, som hver har en strupeinnretning 16-20, for i den sentrale fordeler 5 og de enkelte ristelementer som skal kjøles å bygge opp et systemovertrykk. Utløpsledningene 11-15 munner ut i en sentral oppsamler 21 som danner tilbakeløp, fra hvilken en ledning 22 fører til en kondensasjonsinnretning 23. Kondensatet som kommer inn i kondensasjonsinnretningen 23 strømmer gjennom et innløp 24 til et kjølevæskeelement 25 som er utformet som et U-rør, med en lang gren 26 og en kortere gren 27, som utgjør væskereservoar og har vesentlig større diameter enn den lange grenen 26 med mindre diameter og som er neddykket i den korte grenen som samtidig utgjør beholder for forrådsvæske, og rager til like over bunnen 28. En forbindelsesledning 29 til den sentrale fordeler 5 danner den øvre enden av den korte grenen 27 til dette U-formede kjølevæskeelementet 25. Av grunner som skal forklares nærmere er den korte grenen, som samtidig danner en beholder 27, forlenget oppover forbi tilkoplingsstedet for forbindelsesledningen 29. Denne del av beholderen 27 er betegnet med 30.

Både den sentrale fordeler 5 og den sentrale oppsamler 21 er anordnet under fyringsristen 2 og har den samme helning som fyringsristen, slik at de enkelte ristelementer påvirkes av det samme trykket.

Fra det laveste stedet i den sentrale oppsamleren 21 forløper en kondensatledning 31 som fører til en kondensat-samlebeholder 32 som på den nedre enden er utstyrt med en kjøleinnretning 33. Fra den nedre enden av kondensat-samlebeholderen 32 pumpes kondensatet ved hjelp av en pumpe 34 gjennom en ledning 35 til kondensasjonsinnretningen 23, der det gjennom en sprøytedyse 36 innsprøytes i kondensasjonsinnretningen 23. Det er skjematisk antydet kjølerør 37 i kondensasjonsinnretningen, hvilke gjennomstrømmes av et kjølemiddel, og tilførselen er angitt som 38 og utløpet som 39.

Virkemåten er som følger:

Ved oppstarting av fyringsanlegget fylles kjølesystemet, dvs. de enkelte ristelementer i den sentrale fordeler 5 som gjennomstrømmes av kjølemiddel, kjølevæskeelementet 25 og kondensasjonsinnretningen 23 til noe over forbindelsesledningen 24. I denne tilstand er det hydraulisk likevekt i kjølekretsløpet. Deretter stenges i kort tid kondensasjonsinnretningen 23, som under vanlig drift er åpen til atmosfæren, og tilkoples en vakuumkilde via en ledning 40. Dermed står det øvre damprommet 23.1 som ikke er fylt med væske under et visst undertrykk. Når startbrenneren i fyrrommet antennes, mens det ikke ligger brennstoff på fyringsristen 2, skjer en varmestråling mot fyringsristen. Kjølemidlet som befinner seg i fyringsristen og dermed i ristelementene tilføres varme inntil det skjer en overgang fra flytende fase til mettet damp ved en temperatur på 96,72 °C, når kjølesystemet fylles med vann. Kjølemidlet begynner å fordampe, og den mettede dampen som dannes ledes via den sentrale oppsamler 21 og forbindelsesledningen 22 til kondensasjonsinnretningen 23, som allerede står i åpen forbindelse med atmosfæren. Her kondenserer den mettede dampen på kjølerørene 37. På grunn av densitetsforskjellen mellom væsken i kjølemiddelelementet 25 og den mettede dampen i den sentrale oppsamleren og damprommet 23.1 i kondensasjonsinnretningen 23 settes kjølemidlet i omløp. Kondensatet fra den sentrale oppsamleren 21 som samler seg i kondensat-samlebeholderen 32 kjøles av kjøleinnretningen 33 og innsprøytes ved hjelp av pumpen 34 via ledningen 35 i damprommet 23.1 i kondensasjonsinnretningen 23. Denne innsprøytning av nedkjølt kondensat virker som en blandekondensasjon, ved hvilken dampen kondenserer på de kalde kondensatdråpene, som kan innkoples for overflatekondensasjon. Dessuten tilføres kondensatet som kommer inn i den sentrale oppsamleren 21 på nytt i kretsløpet.

Kjølevæskeelementet 25 er slik dimensjonert at det har en lang og en kort gren av et U-rør, idet avstanden til det øverste punktet på den lange grenen, som dannes av væskeoverflaten i kondensasjonsinnretningen 23, utgjør 4,85 m over det nederste punktet i kjølemiddelstrømmen i det laveste ristelementet 2.5 for ikke å muliggjøre at det oppstår høyere trykk i systemet enn 0,5 bar, ettersom anlegget ellers er underlagt dampkjelbestemmelser og derved måtte være av en enda mer komplisert konstruksjon. Høydeforskjellen mellom det laveste punktet i kjølemiddelstrømmen i det laveste ristelementet 2.5 og den øvre enden av den korte grenen, som er dannet av forbindelsesledningen 29, tilsvarer en sikkerhetshøyde som fortrinnsvis er slik valgt at den omtrent tilsvarer den dobbelte høydeforskjellen mellom det høyeste kjølemiddel-strømningspunktet i det øverste ristelementet og det laveste kjølemiddel-strømningspunktet i det nederste ristelementet. Denne sikkerhetshøyden danner en vannsøyle og dermed et bestemt trykk som er tilstrekkelig til, også ved den sterkeste damputvikling i hvilket som helst av ristelementene, å motvirke trykket som oppstår, slik at det aldri kan oppstå en motsatt strømningsretning for kjølemiddelstrømmen. For å sikre at det alltid finnes tilstrekkelig flytende kjølemiddel er den andre, korte grenen utformet som en beholder med større diameter enn for den lange grenen, for ikke bare å danne et U-formet rørsystem som kan oppta den tynne grenen, men også å danne et visst væskereservoar til hvilket særlig den delen 30 av beholderen 27 som rager oppover forbi forbindelsesledningen 29 bidrar. Ettersom kondensasjonsinnretningen 23 under vanlig drift er åpen til atmosfæren, kan det i kjølesystemet ikke oppstå høyere trykk enn det som bestemmes av høyden til vannsøylen i den lange grenen over det laveste stedet i kjølemiddelstrømmen i det laveste ristelementet. Denne høyden, som er fritt valgbar, bestemmer maksimaltrykket i systemet, mens avstanden mellom den laveste kjølemiddelstrømningen i det nederste ristelementet til forbindelsesledningen 29, dvs. til det øvre punktet i den korte grenen, danner det væsketrykket som dampblærene som dannes i ristelementene virker mot og måtte overvinne for å fremtvinge en motsatt kjølemiddelstrømning. På grunn av valgfriheten for denne sikkerhetshøyden kan mottrykket reguleres så høyt at det ved den største varmepåvirkningen på et ristelement som kan forventes ikke kan oppstå et slikt dampvolum med tilsvarende trykk.

Claims (13)

1. Fyringsanlegg med væskekjølte ristelementer (2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5) som hvert har en tilførsel (24) og et tilbakeløp (22) for et kjølemiddel, karakterisert ved at tilførselen (24) og tilbakeløpet (22) står i forbindelse med en kondensasjonsinnretning (23) som er åpen til atmosfæren, at et U-formet kjølevæskeelement (25) er anordnet i tilførselen (24), med en gren (26) som har en væskehøyde som danner et vilkårlig valgt maksimaltrykk i systemet, og at en andre, kortere gren (27) er forbundet med en sentral fordeler (5) for de enkelte ristelementer (2.1 - 2.5).

2. Fyringsanlegg som angitt i krav 1, karakterisert ved at den øvre enden (29) av den korte grenen (27) som er forbundet med den sentrale fordeleren (5) ligger en valgt sikkerhetshøyde under det laveste punktet i kjølemiddelstrømmen i det laveste ristelementet (2.5).

3. Fyringsanlegg som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at den sentrale fordeleren (5), som befinner seg under et strømningsmessig parallelt tilkoplet ristelement i risttrinnene (2.1 - 2.5), er anordnet med en i lengderetningen av fyringsristen lik høydeavstand i lengden av hele fyringsristen som er mindre enn sikkerhetshøyden.

4. Fyringsanlegg som angitt i ett av kravene 1-3, karakterisert ved at tilbakeløpet (22) har en sentral oppsamler (21) for de enkelte, strømningsmessig parallelt tilkoplede ristelementer i risttrinnene (2.1 - 2.5), anordnet under ristelementene og i lengderetningen av fyringsristen (2) med en i lengden av hele fyringsristen lik høydeavstand som er mindre enn sikkerhetshøyden.

5. Fyringsanlegg som angitt i krav 4, karakterisert ved at en strupeinnretning (16 - 20) er montert i hver utløpsledning (11 - 15) mellom ristelement (2.1 - 2.5) og sentral oppsamler (21).

6. Fyringsanlegg som angitt i ett av kravene 1-5, karakterisert ved at den korte grenen (27) i det U-formede kjølevæskeelementet (25) har et ekstra lagringsvolum for kjølevæske.

7. Fyringsanlegg som angitt i krav 6, karakterisert ved at den korte grenen (27) i det U-formede kjølevæske-elementet (25) er utformet som en beholder i hvilken den lange grenen (26) er neddykket og forløper til i nærheten av bunnen (28) i den korte grenen (27), at den øvre, lukkede enden rager til like under det laveste punktet i den laveste kjølemiddelstrømmen i det laveste ristelementet (2.5) og at en forgrening (29) til den sentrale fordeleren (5) forløper under det høyeste punktet i den sylindriske beholder.

8. Fyringsanlegg som angitt i ett av kravene 1-7, karakterisert ved at den sentrale oppsamleren (21) fra sitt laveste punkt er forbundet med en kondensat-samlebeholder (32) via en ledning (31).

9. Fyringsanlegg som angitt i krav 8, karakterisert ved at kondensat-samlebeholderen (32) er forbundet med kondensasjonsinnretningen (23) via en pumpe (34) og en ledning (35).

10. Fyringsanlegg som angitt i krav 9, karakterisert ved at ledningen (35) munner ut i kondensasjonsinnretningen (23) med en sprøytedyse (36).

11. Fyringsanlegg som angitt i ett av kravene 8-10, karakterisert ved at kondensat-samlebeholderen (32) er utstyrt med en kjøleinnretning (33).

12. Fyringsanlegg som angitt i ett av kravene 1-11, karakterisert ved at kondesasjonsinnretningen (23) er utformet som overflatekondensator med vannkjølte kjøieelementer (37) og en våtkondensasjonsinnretning (36) som kan tilkoples.

13. Fyringsanlegg som angitt i ett av kravene 1-12, karakterisert ved at kondensasjonsinnretningen (23) kan avstenges mot atmosfæren og tilkoples en vakuumkilde.