PL178145B1 - Wytwornica pary - Google Patents

Abstract

1. Wytwornica pary z umieszczona za ko- mora spalania czescia konwekcyjna, zawie- rajaca polaczone szeregowo po stronie spa- linowej przegrzewacz koncowy, przegrze wacz wstepny, odparowalnik i ekonomizer, przy czym w kierunku pod prad od prze grzewacza koncowego jest umieszczony da- lszy konwekcyjny wymiennik ciepla z kilko- ma pekami rur, znamienna tym, ze konwe- kcyjny wymiennik ciepla (5) jest tak polaczony z walczakiem parowym (6), ze stanowi on za- równo odparowalnik jak i przegrzewacz, przy czym dla odparowalnikowego ukladu polaczen przeplyw ogrzewanego czynnika roboczego przez umieszczone z reguly pio- nowo lub pochylo peki (10) rur konwekcyj- nego wymiennika ciepla (5) jest równolegly od dolu do góry, a dla przegrzewaczowego ukladu polaczen szeregowy. FIG. 1 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest wytwornica pary, którą stosuje się na przykład w siłowni parowej, w zależności od trybu pary jako odparownik lub przegrzewacz pary.

Wytwornice pary są znane, na przykład z artykułu „Empfehlungen zum Bau optimaler Eckrohr-Mullkessel” opublikowanego w czasopiśmie „Brennstoff, Warme, Kraft”, Band 38 (marzec 1986 r.). Aby przy wysokiej temperaturze ściank rur utrzymać zanieczyszczenia w odpowiednich granicach i aby przy wysokiej temperaturze pary przegrzanej mieć małe problemy z korozjy temperatura spalin przed przegrzewaczem nie powinna przekraczać około 650°C. Dlatego jako pierwsza powierzchnia stykowa za wylotem z ciągu promieniowania jest przewidziany odparowalnik jako konwekcyjny wymiennik ciepła.

Odparowalnik umieszczony przed przegrzewaczem powinien mieć przy tym rozluźnioną podziałkę poprzeczną, i zawierać tyle rzędów rur, aby temperatura spalin nie przekroczyła przed przegrzewaczem wymienionych około 650°C.

Krytyczny problem konstrukcji i konwekcyjnej części kotła parowego, na przykład w instalacji do spalania śmieci, stanowi prawidłowe zwymiarowanie zasilanych najpierw

178 145 powierzchni grzejnych, a więc konwekcyjnego wymiennika ciepła. Ta tak zwana „wiązka ochronna” jest z reguły tak skonstruowana do brudnej pracy przy wysokich temperaturach, że nie zostaje przekroczona wyżej wymieniona, zagwarantowana użytkownikowi instalacji temperatura 650°C przed przegrzewaczem. Natomiast przegrzewacz jest skonstruowany z reguły z przeznaczeniem do czystszej pracy przy gwarantowanym minimalnym obciążeniu, to znaczy przy z góry ustalonym obciążeniu częściowym. Jest to punkt znamionowy pracy instalacji, w którym w wyniku spadku temperatury w przestrzeni promieniowania spaliny na wylocie z ciągu promieniowania mają stosunkowo niską, temperaturę. Ponieważ jednak przed przegrzewaczem są jeszcze włączone stosunkowo duże powierzchnie grzejne konwekcyjnego wymiennika ciepła, więc już dosyć chłodne gazy zostają, jeszcze dodatkowo ochłodzone. Dlatego więc konieczne jest stosowanie dużego przegrzewacza, aby w ogóle można było osiągnąć gwarantowaną temperaturę przegrzania. Podczas pracy brudnej, to znaczy w razie znacznie gorętszych spalin na wylocie w ciągu promieniowania, odpowiednio duży przegrzewacz pobiera dużą ilość ciepła. W przypadku z reguły dwuczęściowego przegrzewacza dla zmniejszenia pobieranej ilości ciepła wstrzykuje się dużą ilość wody między przegrzewacz wstępny i przegrzewacz końcowy. Sytuacja wymaga w pewnych przypadkach stosowania drugiego wtryskiwania, lub tak zwany czas biegu, to znaczy interwał czasu, między dwoma przeglądami kotła, skraca się w celu oczyszczenia rur wymiennych.

Wytwornica pary z umieszczoną za komorą spalania częścią konwekcyjną, zawierającą połączone szeregowo po stronie spalinowej przegrzewacz końcowy, przegrzewacz wstępny, odparowalnik i ekonomizer, przy czym w kierunku pod prąd od przegrzewacza końcowego jest umieszczony dalszy konwekcyjny wymiennik ciepła z kilkoma pękami rur, odznacza się według wynalazku tym, że konwekcyjny wymiennik ciepła jest tak połączony z walczakiem parowym, że stanowi on zarówno odparowalnik jak i przegrzewacz, przy czym dla odparowalnikowego układu połączeń przepływ ogrzewanego czynnika roboczego przez umieszczone z reguły pionowo lub pochyło pęki rur konwekcyjnego wymiennika ciepła jest równoległy od dołu do góry, a dla przegrzewaczowego układu połączeń szeregowy.

Pęki rur mają wlotowy i wylotowy kolektor górny połączony zarówno przez odcinalną rurę przelewową z walczakiem parowym jak i przez bezpiecznik parowy z prowadzącym z walczaka parowego do przegrzewacza wstępnego rurociągiem parowym. Korzystnie bezpiecznikiem parowym jest syfon. W rurociągu parowym prowadzącym od walczaka parowego do przegrzewacza wstępnego jest umieszczony organ odcinający między rurociągami odgałęziającymi się do bezpieczników parowych. Korzystnie umieszczone pionowo pęki rur mają kolektory dolne połączone przez rurociągi dopływowe i rurociąg zawierający organ odcinający z rurą opadową walczaka parowego. Korzystnie jest również, jeśli umieszczone pionowo pęki rur mają kolektory dolne połączone przez rurociągi dopływowe i organ odcinający z rurociągiem odpływowym ekonomizera. Bezpieczniki parowe i rurociągi dopływowe są zaopatrzone w zawory opróżniające.

Zaleta rozwiązania polega na jego szczególnej prostocie, która umożliwia bezproblemowe przeróbki istniejących instalacji. Ponadto możliwa jest także w szerokim zakresie czystsza praca pod częściowym obciążeniem.

Dla przełączenia pracy w odparowalnikowym układzie połączeń na pracę w przegrzewaczowym układzie połączeń jest korzystne, gdy wlotowy i wylotowy kolektor górny pęków rur jest połączony zarówno przez odcinalną rurę przelewową z walczakiem parowym jak i przez bezpiecznik parowy z prowadzącym z walczaka parowego do przegrzewacza wstępnego rurociągiem parowym. Szczególnie proste jest rozwiązanie, gdy jako bezpiecznik parowy stosuje się każdorazowo syfon zaopatrzony w zawór opróżniający.

Podczas pracy przegrzewaczowym układzie połączeń organ odcinający w rurociągu parowym prowadzącym od walczaka parowego do przegrzewacza wstępnego jest zamknięty, przy czym ten organ odcinający jest umieszczony między rurociągami odgałęziającymi się do bezpieczników parowych. Te bezpieczniki parowe wraz z odpowiednimi rurociągami prowadzącymi do rurociągu parowego, jak również organ odcinający w rurociągu parowym

178 145 umieszczony między tymi rurociągami, są w zasadzie jedynymi elementami, które muszą być dodane do istniejącej instalacji przewidzianej do pracy w odparowalnikowym układzie połączeń w celu umożliwienia pracy w przegrzewaczowym układzie połączeń.

Podczas pracy w odparowalnikowym układzie połączeń kolektory dolne umieszczonych pionowo pęków rur są połączone przez odcinalny rurociąg z rurą opadową, walczaka parowego, w celu zapewnienia naturalnego obiegu.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie konwekcyjną część wytwornicy pary, fig. 2 - konwekcyjny wymiennik ciepła w odparowalnikowym układzie połączeń oraz fig. 3 - konwekcyjny wymiennik ciepła w przegrzewaczowym układzie połączeń.

Pokazane są tylko elementy ważne dla zrozumienia wynalazku. Na fig. 1 nie jest na przykład przedstawiona włączona na przodzie przestrzeń promieniowania a na fig. 2 i 3 brak jest połączeń rurowych z przegrzewaczem wstępnym i z odparowalnikiem jak również rurociągów dopływowych i odpływowych przegrzewacza końcowego. Kierunki przepływu czynników roboczych są oznaczone strzałkami.

Schemat połączeń na fig. 1 pokazuje umieszczony poziomo ciąg konwekcyjny kotła parowego stosowanego do spalania śmieci. Aparatami zasilanymi spalinami 9 w kierunku oznaczonym strzałką są w kolejności przepływu przez nie spalin: najpierw konwekcyjny wymiennik ciepła 5, przegrzewacz końcowy 1, przegrzewacz wstępny 2, odparowalnik 3 i na końcu ekonomizer 4.

Poddawany ogrzewaniu czynnik roboczy, którym tu jest woda kotłowa, dostaje się przez rurociąg dopływowy 30 do ekonomizera 4. Jego rurociąg odpływowy 31 prowadzi do walczaka parowego 6. Z jego rury opadowej 8 woda jest kierowana za pośrednictwem obiegu naturalnego do odparowalnika 3, z którego jest zawracana do części wodnej walczaka parowego. Z części parowej walczaka czynnik roboczy dostaje się przez rurociąg parowy 7 do przegrzewacza wstępnego 2 w dwuczęściowym przegrzewaczu. W rurociągu łączącym przegrzewacz wstępny 2 z przegrzewaczem końcowym 1 jest umieszczony wtryskiwacz 32 wody. Wodę, która ma być tak wtryskiwana w rurociąg parowy 1, doprowadza się wyposażonym w organ odcinający 33 rurociągiem wtryskowym 34, który odgałęzia się od rurociągu odpływowego 31 z ekonomizera 4. Z przegrzewacza końcowego 1 odprowadza się przegrzaną parę przez rurociąg 35 pary świeżej do miejsca zużycia, jakim jest z reguły turbina parowa.

Od rury opadowej 8 odgałęzia się rurociąg 20, który prowadzi do konwekcyjnego wymiennika ciepła 5. Natomiast wylot z konwekcyjnego wymiennika ciepła 5 jest połączony przez rurę przelewową 14 z częścią wodną walczaka parowego 6. Dotychczas znane są instalacje, w których konwekcyjny wymiennik ciepła 5 może pracować tylko jako odparowalnik.

Rozwiązanie według wynalazku polega na tym, że konwekcyjny wymiennik ciepła 5 można stosować także do pracy w układzie przegrzewaczowym. Celowi temu służą dwa dalsze rurociągi odgałęziające się od rurociągu parowego 7. Pierwszy z nich, rurociąg 17 prowadzi do konwekcyjnego wymiennika ciepła 5 a drugi, rurociąg 18, prowadzi od tego aparatu z powrotem do wejścia do przegrzewacza wstępnego 2. W celu umożliwienia przepływu przez tę pętlę jest umieszczony w rurociągu 7 między obydwoma odgałęzieniami organ odcinający 16.

Jak wygląda szczegółowo rozwiązanie zgodnie z wynalazkiem objaśniają fig. 2 i 3, które zasadniczo przedstawiaj a tylko konwekcyjny wymiennik ciepła 5 wraz z rurociągami dopływowymi i odpływowymi. Obydwie te figury różnią się tylko grubością linii poszczególnych elementów i kierunkami strzałek pokazującym kierunki przepływu poddawanego ogrzewaniu czynnika. Rurociągi narysowane grubą linią oznaczają każdorazowo rurociągi pracujące. Przy tym na fig. 2 przedstawiono pracę odparowalnikowego układu połączeń a na fig. 3 przegrzewaczowego układu połączeń.

Konwekcyjny wymiennik ciepła składa się głównie z większej ilości połączonych szeregowo pęków 10 rur z których są tu narysowane tylko trzy. Nie określone bliżej, przebiegające pionowo rury poszczególnych pęków rur są ich górnymi końcami przyspawane do kolektorów

1758145 górnych lla, 111?, 11 c i lld. Ich dolnymi końcami sa one przyspawane do kolektorów dolnych 12a, 12b i 12c.

Kolektory dolne są połączone prrer rurociągi dopływowe 19a, 19b i 19c re wspólnym rurociągiem 20, który odgałęzia się od rury opadowej 8. W rurociągu 20 są umieszczone: organ odcinający 21 oraz zawór opróżniający 23.

Kolektory górne są połączone przez rury przelewowe 14a, 14b, 14c i 14d ze wspólnym rurociągiem, który prowadzi do części wodnej walczaka parowego 6. W tym rurociągu jest umieszczony organ odcinający 13. Wszystkie rury przelewowe przebiegają poniżej poziomu wody w walczaku parowym 6.

Wlotowy kolektor górny lla konwekcyjnego wymiennika ciepła i jego wylotowy kolektor górny l ld są połączone tylko pośrednio z ich rurami przelewowymi 14a i 14d. Pomiędzy nimi są włączone bezpieczniki parowe 15a i 15d w postaci prostego syfonu. Każda z rur przelewowych 14a i 14d odgałęzia się od górnego łuku syfonu. Istnieje możliwość odwodnienia każdego dolnego łuku syfonu za pomocą zaworu opróżniającego 22a lub 22d. Drugi koniec każdego z bezpieczników parowych 15a i 15d w postaci syfonów jest połączony trwale przez rurociąg 17 lub 18 z rurociągiem parowym 7. Te rurociągi 17 i 18 są to wyżej wymienione odgałęzienia, między którymi znajduje się w rurociągu parowym organ odcinający 16.

Instalacja działa następująco: w odparowalnikowym układzie połączeń konwekcyjnego wymiennika ciepła 5 według fig. 2 przeznaczona do odparowania woda dostaje się z rury opadowej 8 przy otwartym organie odcinającym 21 przez rurociągi dopływowe 19a, l9b i l9c do kolektorów dolnych 12a, 12b i 12c pęków 10 rur i płynie przez wszystkie rury do góry. Równocześnie woda pobiera ciepło z opływających rury spalin 9. Czynnik roboczy dostaje się do kolektorów górnych lla do lld i stamtąd bezpośrednio (llb, llc) lub z wlotowego i wylotowego kolektora górnego (lla, lld) przez ramiona syfonów - do rur przelewowych 14a do 14d. Mieszaninę wody i pary kieruje się przez otwarty organ odcinający 13 do części wodnej walczaka parowego 6. Oddzielająca się w walczaku para płynie przy otwartym organie odcinającym 16 przez rurociąg parowy 7 do przegrzewacza wstępnego. Poziom wody w ramionach syfonów połączonych z rurociągiem parowym 7 rurociągami 17 i 18 ustala się w przybliżeniu na wysokości poziomu wody w walczaku parowym 6, jak to zaznaczono na fig. 2. Ten odparowalnikowy układ połączeń będzie wybrany przez użytkownika brudnej instalacji, to znaczy w przypadku stosunkowo gorących spalin, przy czym przed przegrzewaczem końcowym należy odprowadzać dużą ilość ciepła za pomocą konwekcyjnego wymiennika ciepła 5 o odpowiednich wymiarach.

Przegrzewaczowy układ połączeń konwekcyjnego wymiennika ciepła 5 według fig. 3 zostanie wybrany przez użytkownika na początku czasu biegu, to znaczy w przypadku czystszej instalacji, a zatem mniej gorących spalin. W tym celu należy opróżnić konwekcyjny wymiennik ciepła 5. Wodę spuszcza się przy zamkniętych organach odcinających 21 i 13 i otwartych zaworach opróżniających 23, 22a i 22d. Organ odcinający 16 w rurociągu parowym 7 zamyka się. Podczas pracy instalacji para płynie z walczaka parowego 6 przez rurociąg 17 i bezpiecznik parowy 15a do wlotowego kolektora górnego lla pęku 10 rur, najpierw zasilanego przez parę i spaliny. Jak pokazano na fig. 3 para przypływa teraz przez poszczególne pęki rur szeregowo. Konwekcyjny wymiennik ciepła 5 działa teraz jako przegrzewacz wstępny. Częściowo przegrzana para płynie z wylotowego kolektora górnego lld przez bezpiecznik parowy 15d i rurociąg 18 z powrotem do rurociągu parowego 7 i stamtąd do właściwego przegrzewach wstępnego.

Sposób pracy przedstawiony na fig. 3 może być także wybrany dla brudnej instalacji eksploatowanej przy obciążeniu częściowym. Stanowi to dalszą zaletę w porównaniu ze znanymi instalacjami.

Oczywiście wynalazek nie jest ograniczony do pokazanego i opisanego przykładu wykonania. Zamiast przedstawionego na fig. 3 przypływu współprądowego przez pęki rur równie dobrze można stosować przepływ przeciwprądowy przez aparat. W tym celu parę płynącą z walczaka parowego 6 najpierw należałoby wprowadzać przez rurociąg 18 i bezpiecznik

178 145 parowy 15d do kolektora górnego 11d i po przepłynięciu pęków rur odprowadzać ją z kolektora górnego 11a.

Jest także możliwe zastosowanie w pracy kotła płynnego przełączania układu odparowalnikowego na układ przegrzewaczowy. Ponadto według innego przykładu wykonania przedstawionego układu połączeń konwekcyjny wymiennik ciepła 5 może być także zasilany wodą z ekonomizera 4.

W tym przypadku zamiast z rurą, opadową 8 walczaka parowego 6 kolektory dolne 12a, 2b, 12c umieszczonych pionowo pęków rur są połączone przez rurociągi dopływowe 19a, 19b, 19c i odcinalny rurociąg 20 z rurociągiem odpływowym 31 ekonomizera 4.

178 145

FIG. 2

FIG. 3

178 145

FIG. /

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wytwornica pary z umieszczoną za komorą spalania częścią konwekcyjną, zawierającą połączone szeregowo po stronie spalinowej przegrzewacz końcowy, przegrzewacz wstępny, odparowalnik i ekonomizer, przy czym w kierunku pod prąd od przegrzewacza końcowego jest umieszczony dalszy konwekcyjny wymiennik ciepła z kilkoma pękami rur, znamienna tym, że konwekcyjny wymiennik ciepła (5) jest tak połączony z walczakiem parowym (6), że stanowi on zarówno odparowalnik jak i przegrzewacz, przy czym dla odparowalnikowego układu połączeń przepływ ogrzewanego czynnika roboczego przez umieszczone z reguły pionowo lub pochyło pęki (10) rur konwekcyjnego wymiennika ciepła (5) jest równoległy od dołu do góry, a dla przegrzewaczowego układu połączeń szeregowy.
2. 2. Wytwornica pary według zastrz. 1, znamienna tym, że pęki (10) rur mają wlotowy i wylotowy kolektor górny (11a, 11d) połączony zarówno przez odcinalną (13) rurę przelewową (14a, 14d) z walczakiem parowym (6) jak i przez bezpiecznik parowy (15a, 15d) z prowadzącym z walczaka parowego do przegrzewacza wstępnego (2) rurociągiem parowym (7).
3. 3. Wytwornica pary według zastrz. 2, znamienna tym, że bezpiecznikiem parowym (15a, 15d) jest syfon.
4. 4. Wytwornica pary według zastrz. 2, znamienna tym, że w rurociągu parowym (7) prowadzącym od walczaka parowego (6) do przegrzewacza wstępnego (2) jest umieszczony organ odcinający (16) między rurociągami (17,18) odgałęziającymi się od bezpieczników parowych (15a, 15d).
5. 5. Wytwornica pary według zastrz. 1, znamienna tym, że umieszczone pionowo pęki (10) rur mają kolektory dolne (12a, 12b, 12e) połączone przez rurociągi dopływowe (19a, 19b, 19c) i rurociąg (20) zawierający organ odcinający (21) z rurą opadową (8) walczaka parowego (6).
6. 6. Wytwornica pary według zastrz. 1, znamienna tym, że umieszczone pionowo pęki (10) rur mają kolektory dolne (12a, 12b, 12c) połączone przez rurociągi dopływowe (19a, 19b, 19c) i organ odcinający (21) z rurociągiem odpływowym (31) ekonomizera (4).
7. 7. Wytwornica pary według zastrz. 2 albo 5, znamienna tym, że bezpieczniki parowe (15a, 15d) i rurociągi dopływowe (19a, 19b, 19c) są zaopatrzone w zawory opróżniające (22a, 22d, 23).