NO328967B1 - Dampgenerator for overhetet damp for forbrenningsanlegg med korrosive rokgasser - Google Patents

Description

Teknisk område

Oppfinnelsen vedrører området termisk behandling av avfall, spesialavfall eller kloakkslam. Den vedrører en dampgenerator for overhetet damp for forbrenningsanlegg med korrosive røkgasser, og består hovedsakelig av en strålingsdel med i det minste ett brennkammer og en konveksjonsdel med i det minste én overheter, og med plater anordnet på innsiden av i det minste én vegg av strålingsdelen, hvor det mellom platene og veggen av strålingsdelen er anordnet et rom, og hvor minst én del av overheteren er anordnet som veggoverheter i dette rom.

Teknikkens stand

Det er kjent teknikk å anvende dampkjeler for søppelforbrenningsanlegg hvor det hovedsakelig benyttes kjeler med naturlig sirkulasjon, men også kjeler med tvangssirkula-sjon eller tvangsgjennomløp blir benyttet.

For tiden blir det som kjeler for søppelforbrenningsanlegg i mellomeuropeiske land fo-retrukket bruk av kjeler hvor den fra brennkammeret utstrømmende gass strømmer via et første tomløp med nedadrettet strømning inn i et andre tomløp med oppadrettet strømning og deretter inn i et horisontalt buntløp (konveksjonsdel). Det er også kjent søppelforbrenningskjeler hvor gassene etter å ha strømmet gjennom brennkammeret strømmer direkte inn i det horisontale konveksjonsløp. I tillegg til disse horisontale sløyfekjeler (Dackelkesseln) er det også kjent vertikale dampgeneratorer for søppelfor-brenningsanlegg hvor konveksjonsdelen er vertikalt anordnet og vanligvis er utført med tre eller fire løp (KJ. Thermische Abfallbehandlung. EF Verlag fur Energie- und Um-welttechnik GmbH, 1994, S. 390-402).

Ved disse kjente søppelforbrenningskjeler er fordamperen, endeoverheteren, overheteren og ekonomiseren anordnet i denne rekkefølge i konveksjonsdelen. Dette arrange-ment gjelder spesielt for de typiske dampparametre 40 bar, 400° C. Overheteren er av korrosjonsgrunner utsatt for relativt lave gasstemperaturer (< 650°C) og må derfor også bygges relativt stor.

Ved slike kjeler vil det ved veggtemperaturer på over 350°C oppstå uheldig korrosjon på endeoverheteren, mens forurensninger som medføres av avgassen ved høyere temperaturer blir deigaktig og fører til avleiringer og tilsmussing. En høyere damptemperatur enn 400°C ville ut fra et elektrisitetsgenereringssynspunkt være ønskelig, men strander først og fremst på korrosjonsproblemet.

For å beskytte brennkammerveggene i søppelforbrenningsanlegg mot korrosive gasser, blir det på kjent måte anbrakt plater eller stampemasse, f.eks. silisiumkarbid, med god varmeledningsevne på brennkammerets vegger. Disse plater blir for tiden også utført med et rom mellom platene og rørveggen. Dette rom, som inneholder en ikke-korrosiv gassatmosfære, forhindrer korrosjon av veggrørene ved hjelp av gasser som kan diffun-dere gjennom stampemassen.

Videre er det kjent kullfyrte kraftverkskjeler med veggoverheter av korrosjonsbestandig stål, som på den ene side opptar varme for overheteren ved høye temperaturer, og på den annen side beskytter den gasstette kjelvegg av lavlegert stål mot for høye temperaturer (W. Stiefel, M. Caravetti: "Design and Engineering of the 300-MW Lignite Boiler Plants Sostanj 4 and Yuan Bao Shan", Sulzer Technical Review (1978), Heft 2, S. 48-57).

Ulempen med denne konstruktive løsning består i at høylegert og derved svært dyrt stål må anvendes for veggoverheteren.

Fra DE 496 575 er det kjent en utforing for brennkammeret hvor kammerveggene på innsiden mot oppfyringen er dekket med i avstand anordnede, tynnveggede, varmegjen-nomslippelige og varmebestandige metallskj ermer. De med heteflater dekkede brennkammervegger skal på denne måte beskyttes mot for høye temperaturer. Varmen som opptas av metallskjermene føres bort av kalde gasser som strømmer forbi skjermene på baksiden og som blåses inn ved hjelp av en vifte.

I DE 458 032 blir en overheter utført som veggoverheter oppvarmet av strålingsvarmen fra brennkammeret, hvor det mellom overheteren og brennkammeret er anordnet en fast vegg av ildfast materiale. Overheteren omstrømmes av tilleggsluft, og skilleveggen har store åpninger for utløp av tilleggsluften. Formålet er her å oppnå en regulering av overhetertemperaturen ved kjøling av overheterrørene. En korrosjonsbeskyttelse er ikke tilsiktet og fungerer kun indirekte så lenge luften strømmer.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Oppfinnelsen søker å unngå de nevnte ulemper ved teknikkens stand. Den legger den oppgave til grunn å tilveiebringe en dampgenerator for overhetet damp for forbrenningsanlegg med korrosive røkgasser, hvor en høy overhetertemperatur kan oppnås uten korrosjon på endeoverheteren, slik at overheteren kan lages av prisgunstig materiale. Overheteren skal kunne oppta mest mulig varme per overheterflateenhet. Dessuten skal også allerede bestående kjeler relativt problemfritt la seg kunne ombygge.

Ifølge oppfinnelsen blir dette oppnådd ved hjelp av en dampgenerator ifølge

ingressen av krav 1 ved platene består av et ikke-metallisk, anorganisk materiale, at den gassformede atmosfære gjennomstrømmer rommet med minst mulig strømningsmeng-de, og at trykket i rommet er minst 0,2 mbar høyere enn i brennkammeret.

Fordelene ved oppfinnelsen består i at det i dampgeneratoren ifølge oppfinnelsen kan innstilles en høy overhetertemperatur slik at korrosjonsinnflytelser i stor grad under-trykkes. Den nødvendige totale overheterflate blir mindre. Da i det minste en del av overheteren utsettes for stråling, forbedres dessuten dampgeneratorens delbelastningsforhold. På grunn av det høyere trykk i rommet hvor veggoverheteren er anordnet, samt fraværet av åpninger i platene, eller tilstedeværelsen av kun små åpninger (< 1% av veggflaten), sikres det at ingen gass fra brennkammeret kan trenge inn i rommet med den ikke-korrosive atmosfære. Ved at platene består av et ikke-metallisk anorganisk materiale, blir varmemengden som overføres til overheterrørene øket.

Når platene oppviser ribber på den siden som vender mot overheterens rør, hvilke ribber i det minste delvis omslutter overheterens rør, blir det også herved oppnådd en økning av den varmemengde som overføres til overheterrørene.

Det er fordelaktig at rommet gjennomstrømmes av en så liten mengde som mulig av en gass, fortrinnsvis luft, som er forvarmet, fordi derved blir korrosive gasser som diffun-derer gjennom platene, spylt bort. For øvrig finner det ikke sted noen uønsket kjøling av rørene.

Det er spesielt hensiktsmessig at veggen av strålingsdelen er en rør-steg-rør-forbindelse som er utformet som fordamper, fordi på denne måte oppnås gasstetthet uten utvidel-sesproblemer.

Videre er det av fordel at kun endeoverheteren eller kun den varmeste del av endeoverheteren er anordnet i rommet med ikke-korrosiv atmosfære i strålingsdelen fordi for disse deler av overheteren ville på grunn av de høye temperaturer de nevnte korrosjons-problemer bli forsterket dersom ikke motforholdsregler ble tatt. Ved plasseringen av endeoverheteren i strålingsdelen, f.eks. i brennkammeret, blir heteflaten i det konvektive løp redusert, og av denne grunn blir ytterligere fordamperheteflate innbygget i det konvektive løp. Denne ytterligere innbyggede fordamperheteflate er mindre enn i det like-ledes mulige tilfelle at hele overheteren er anordnet som veggoverheter i rommet med den ikke-korrosive atmosfære mellom veggen og platene for å holde den varmemengde som tas ut av røkgassen konstant.

Videre er det hensiktsmessig at veggoverheteren er anordnet på alle fire vegger av strålingsdelen, f.eks. brennkammeret, fordi høyden på veggoverheteren derved blir mini-mal.

Det er også fordelaktig at veggoverheteren kun er anordnet på en del av strålingsdelens vegger fordi denne konstruktive løsning er enklere da problemene med forskjellig utvid-else i hjørnene kan unngås.

Dertil er det fordelaktig at høyden på det bakluftede rom er vesentlig større enn høyden av veggoverheteren. Derved blir i tillegg en større flate av fordamperveggen beskyttet.

Det er hensiktsmessig at veggoverheteren består av enkelte over hverandre i ett plan anordnede rør, som er fritt utvidbare i forhold til hverandre, idet innløpssamlestokken og utløpssamlestokken er anordnet loddrett utenfor strålingsdelen, mens befestigelsen av platene og befestigelsen av overheterrørene ivaretas av et felles element, og veggoverheterens rør er utført av lavlegert kjelstål. Dette er en relativt enkel og kostnads-gunstig konstruksjon.

En ytterligere fordel oppnås ved anordning av et isolasjonssjikt mellom veggen av strålingsdelen og rørene av veggoverheteren, idet isolasjonssjiktet på den side som vender mot veggoverheteren er forsynt med en varmereflekterende overflate. Dermed oppnås det at minst mulig varme strømmer videre fra overheterrørene til fordamperveggen.

Ytterligere fordelaktige foranstaltninger ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav.

Kort tegningsbeskrivelse

På tegningene er det vist to utførelseseksempler på oppfinnelsen i form av en dampgenerator med to vertikale tomløp og et horisontalt konvektivt buntløp, hvilken benyttes for søppelforbrenning. Fig. 1 viser et skjematisk deloppriss av en dampgenerator ifølge oppfinnelsen; Fig. 2 viser en forstørret detalj av fig. 1 i området av veggoverheteren i en første utførel-sesform av oppfinnelsen;

og

Fig. 3 viser en forstørret detalj av fig. 1 i området for veggoverheteren i en andre utfø-relsesform av oppfinnelsen.

Tegningene viser kun de elementer som er vesentlige for forståelsen av oppfinnelsen. Strømningsretningen av mediene er vist med piler.

Oppfinnelsens utførelse

I det følgende skal oppfinnelsen belyses nærmere ved hjelp av utførelseseksempler og fig. 1 til 3.

Fig. 1 viser et skjematisk deloppriss av en dampgenerator 1 ifølge oppfinnelsen, som benyttes for termisk behandling av søppel. På fig. 2 er det vist en forstørret detalj av fig. 1. Til bedre forståelse av oppfinnelsen bør de to figurer betraktes samtidig.

Dampgeneratoren 1 er en sløyfekjele (Dackelkessel) og består hovedsakelig av en strålingsdel 2 med et brennkammer 3 og to vertikale tomløp 4, og av en horisontal konveksjonsdel 5 hvor heteflatene for ekonomiseren 6, fordamperen 7 og overheteren 8 er anordnet. For å beskytte brennkammerveggen 9 mot korrosive gasser, er det på brennkammerveggen 9 i brennkammeret 3 anordnet plater 10, som er festet til veggen 9 ved hjelp av platebæreelementer 11. Platene 10 består av keramisk materiale. Brennkammerveggen 9 er utformet som en rør-steg-rør-forbindelse og danner et gasstett skall. Den tjener som fordamper.

Platene 10 er ikke anbragt direkte på veggen 9, mens slik at det mellom veggen 9 og platene 10 strekker seg et rom 12. Dette rom oppviser en ikke-korrosiv gassformet atmosfære 13, som eventuelt befinner seg nesten i bero. Rommet 12 kan også gjennom-strømmes ovenifra og nedad av en gass 13, i dette tilfelle luft som er blitt forvarmet utenfor rommet 12 ved hjelp av en oppvarmningsanordning 14, slik det er vist på fig. 1. I dette tilfelle skal det imidlertid strømme minst mulig luft 13 gjennom rommet 12. Etter gjennomstrømning av rommet 12 strømmer luften 13 ut i brennkammeret 3. I den øvre del av rommet 12 er dampgeneratorens 1 endeoverheter i form av veggoverheter 15 anordnet mellom platene 10 og rørveggen 3. Varmeoverføringen til overheterrørene skjer hovedsakelig ved stråling fra de varme plater 10.

Det er å foretrekke at luftmengden som strømmer gjennom det korrosjonsfrie rom er minst mulig fordi det da trekkes minst mulig varme fra overheterrørene. Av denne grunn bør utløpsåpningene for gassen 13 være så små som mulig eller ikke foreligge i det hele tatt. Selv uten utløpsåpninger for gassen vil det på grunn av overtrykket alltid strømme noe gass da platene ikke er absolutt tette (spalter, sprekker, porer osv.). Dersom det foreligger utløpsåpninger, skal disse munne ut i brennkammeret 3.

På grunn av det høyere gasstrykk i rommet 12, som fortrinnsvis skal være minst 0,2 mbar høyere enn i brennkammeret 3, oppnås det at ingen korrosive røkgasser kan kom-me inn i rommet 12 fra brennkammeret 3.

Veggoverheteren 15 består av enkelte rør 16 anordnet under hverandre i et plan. De kan utvide seg fritt i forhold til hverandre. Veggoverheteren 15 er i dette utførelseseksempel anordnet på alle fire brennkammervegger 9. I andre utførelseseksempler kan den naturligvis også være innbygget i kun en del av veggene 9. Endeoverheteren (veggoverheteren 15) befinner seg på dampsiden etter den siste innsprøytning.

På grunn av endeoverheterens 15 plassering i brennkammeret 3 blir hete flaten i den konvektive del 5 av dampgeneratoren 1 redusert. For likevel å kunne avkjøle gassene til den forønskede endetemperatur, blir det i det konvektive løp 5 innbygget ytterligere fordamperflate. Den totale overheterflate av dampgeneratoren 1 blir imidlertid mindre fordi en del av overheteren, nemlig veggoverheteren 15, utsettes for strålingen. Derved forbedres kjelens delbelastningsforhold. I det minste en del av overheteren 8 er imidlertid anordnet i dampgeneratorens 1 konveksjonsdel 5.

Den på fig. 1 eller fig. 2 ikke viste innløps- og utløpssamlestokk er anordnet loddrett utenfor brennkammeret 3, idet innløpssamlestokken ligger over utløpssamlestokken slik at det oppnås gode tømmeforhold. Befestigelsen av rørene 16 skjer samtidig med befestigelsen av de foranhengte plater 10 ved hjelp av de felles elementer 11.

Rørene 16 blir ved hjelp av platene 10 beskyttet mot korrosjon fra røkgassene som strømmer gjennom brennkammeret 3 da det i rommet 12 ikke forekommer noen korrosiv gassatmosfære

da rommet 12 og dermed også rørene 16 kun blir omspylt med forvarmet luft. Det forekommer således ingen tilslagging på røkgassiden av de varmeste overheterrør 16. Der-

ved blir det uten problemer mulig å utføre rørene 16 av veggoverheteren 15 av normalt, billig kjelstål også for bruk ved høye dampparametre, noe som innvirker gunstig på an-leggets totalkostnad.

For å forhindre at minst mulig varme strømmer fra overheterrørene 16 til fordamperveggen 9, er det mellom veggoverheteren 15 og kjelveggen 9 anordnet et isolasjonssjikt 17. Dette sjikt 17 er på den side som vender mot veggoverheteren 15 forsynt med en varmereflekterende overflate 18.

Ved hjelp av oppfinnelsen er det mulig å oppnå høye overhetertemperaturer uten korrosjon på endeoverheteren.

Løsningen ifølge oppfinnelsen lar seg ikke bare realisere ved nybygging av søppelfor-brenningskjeler, men kan også anvendes ved ombygging av bestående kjeler. Dertil kan den benyttes for kloakkslamforbrenning eller spesialavfallforbrenning.

Fig. 3 viser en forstørret detalj av fig. 1 i området for veggoverheteren i en andre utfø-relsesform av oppfinnelsen. Denne utførelse adskiller seg fra den allerede beskrevne kun ved at platene 10 på sin side som vender mot overheterens 8 rør oppviser ribber 19, som i det minste delvis omslutter overheterens 8 rør. Dette har den fordel at på grunn av den større flate, blir varmemengden som overføres til overheterrørene større.

Naturligvis er oppfinnelsen ikke begrenset til de beskrevne utførelseseksempler. Således er det f.eks. mulig ikke bare å plassere endeoverheteren, men hele overheteren som veggoverheter 15 i rommet 12 mellom rørveggen 9 og platene 10. Rommet 12 kan gjennomstrømmes med en mindre mengde luft eller annen gass, eller det blir fortrinnsvis ikke gjennomstrømmet.

Dessuten er det mulig å la være å plassere hele endeoverheteren i rommet 12, men kun en del av denne, fortrinnsvis den siste varmeste del av endeoverheteren.

Brennkammerutforingen kan istedenfor plater 10 også bestå av stampemasse eller et annet, ved disse betingelser korrosjonsmotstandsdyktig materiale.

Naturligvis kan den som veggoverheter 15 utformede overheter 8 anordnes i strålingsdelens 2 tomløp 4 istedenfor i brennkammeret 3.

Dampgeneratoren kan også anvendes for andre kjeltyper når det på grunn av den korrosive atmosfære er nødvendig med beskyttelse av overheteren.

Claims (13)

1. Dampgenerator (1) for overhetet damp for forbrenningsanlegg med korrosive røkgasser, hovedsakelig bestående av en strålingsdel (2) med minst ett brennkammer (3), og en konveksjonsdel (5) med minst én overheter (8), og med plater (10) anordnet på innsiden av minst én vegg (9) av strålingsdelen (2), hvor det mellom platene (10) og veggen (9) av strålingsdelen (2) er anordnet et rom (12), hvor minst én del av overheteren (8) er anordnet som veggoverheter (15) i rommet (12), og hvor rommet (12) inneholder en ikke-korrosiv gassformet atmosfære (13), som oppviser et høyere trykk enn trykket av gassene i brennkammeret (3), karakterisert ved at platene (10) består av et ikke-metallisk, anorganisk materiale, at den gassformede atmosfære (13) gjennomstrømmer rommet (12) med minst mulig strømningsmengde, og at trykket i rommet (12) er minst 0,2 mbar høyere enn i brennkammeret (3).

2. Dampgenerator ifølge krav 1, karakterisert ved at den gassformede atmosfære (13) er forvarmet.

3. Dampgenerator ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at platene (10) oppviser ribber (19) på den side som vender mot overheterens (8) rør, hvilke ribber i det minste delvis omslutter overheterens (8) rør.

4. Dampgenerator ifølge et av kravene 1-3, karakterisert ved at konveksjonsdelen (5) inneholder en del av overheteren (8).

5. Dampgenerator ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at veggen (9) er en gasstett rør-steg-rør-forbindelse og er utformet som fordamper (3).

6. Dampgenerator ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at kun endeoverheteren eller kun den varmeste del av endeoverheteren er anordnet som veggoverheter (15) i rommet (12) i strålingsdelen (2).

7. Dampgenerator ifølge et av kravene 1-6, karakterisert ved at veggoverheteren (15) er anordnet på alle fire vegger (9) av strålingsdelen (2).

8. Dampgenerator ifølge et av kravene 1-7, karakterisert ved at høyden av rommet (12) er vesentlig større enn høyden av veggoverheteren (15).

9. Dampgenerator ifølge et av kravene 1-8, karakterisert ved at veggoverheteren (15) består av enkelte, over hverandre i ett plan anordnede rør (16), som utvider seg fritt i forhold til hverandre, idet innløps-samlestokken og utløpssamlestokken er anordnet loddrett utenfor strålingsdelen (2).

10. Dampgenerator ifølge krav 9, karakterisert ved at veggoverheterens (15) rør (16) består av lavlegert kjelstål.

11. Dampgenerator ifølge et av kravene 1-10, karakterisert ved at veggoverheterens (15) rør (16) og de på innerveggen (9) anordnede plater (10) er festet til et felles platebæreelement (11).

12. Dampgenerator ifølge et av kravene 1-11, karakterisert ved at det mellom veggen (9) og veggoverheterens (15) rør (16) er anordnet et isolasjonssjikt (17), som fortrinnsvis er forsynt med en varmereflekterende overflate (18) på den side som vender mot veggoverheteren (15).

13. Dampgenerator ifølge et av kravene 1-12 karakterisert ved at dampgeneratoren (1) blir anvendt i anlegg for forbrenning av søppel, spesialavfall eller kloakkslam.