PL178974B1

PL178974B1 - Komora grzewcza materialu stalego PL PL PL

Info

Publication number: PL178974B1
Application number: PL95310104A
Authority: PL
Inventors: Herbert Tratz; Helmut Werdinig; Joachim Boretzky; Anton Ebert
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1994-08-23
Filing date: 1995-08-21
Publication date: 2000-07-31
Also published as: TW269724B; HUT76154A; US5769007A; HU9502453D0; DE4429908A1; SK103595A3; RU2138535C1; JP3607757B2; DE59504128D1; KR100359416B1; EP0703288A1; DK0703288T3; CZ287011B6; MY132080A; PL310104A1; CN1071369C; EP0703288B1; HU215011B; CN1126236A; KR960008255A

Abstract

1. Komora grzewcza materialu stalego, obrotowa wzgledem osi wzdluznej, zwlaszcza stanowiaca beben wytlewny odpadków, wyposa- zona w umieszczone w jej wnetrzu, usytuowane w przyblizeniu równolegle wzgledem siebie rury grzejne, przez które przeplywa gaz opalowy, zna- mienna tym, ze - patrzac w kierunku przeplywu gazu opalowego (h) - w strefie koncowej (2/31) rur grzejnych (12), wewnatrz tych rur (12), ma turbu- latory (40). FIG. 1 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest komora grzewcza materiału stałego, obrotowa względem osi wzdłużnej, stanowiąca zwłaszcza bęben wytlewny odpadków, wyposażona w umieszczone w jej wnętrzu, usytuowane w przybliżeniu równolegle względem siebie rury grzejne, przez które przepływa gaz opałowy.

Komorę grzejną stosuje się zwłaszcza do termicznego usuwania odpadków, w szczególności jako bęben wytlewny w metodzie wytlewno-paleniskowej.

W dziedzinie usuwania odpadków znana jest tak zwana metoda wytlewno-paleniskowa. Sposób i działające według niego urządzenie do termicznego usuwania odpadów opisano na przykład w opisie patentu europejskiego 0 302 310 oraz w niemieckim opisie nr 38 30 153. Urządzenie do termicznego usuwania odpadów metodą wytlewno-paleniskową zawiera jako istotne elementy składowe urządzenie wytlewne (bęben wytlewny, reaktor pirolizowy) oraz wysokotemperaturową komorę spalania. Urządzenie wytlewne przetwarza podawane trans178 974 porterem odpady w przebiegającym substechiometrycznie procesie wytlewania lub pirolizy na gaz wytlewny i resztki z rozkładu termicznego (stały materiał wytlewny). Gaz wytlewny i resztki z procesu pirolizy doprowadza się po odpowiedniej obróbce do palnika wysokotemperaturowej komory paleniskowej. W komorze tej powstaje roztopiona szlaka, która odpływa przez ujście i po ochłodzeniu występuje w szklistej postaci. Powstające spaliny doprowadza się przewodem spalin do komina wylotowego. W przewodzie spalin zamontowana jest w szczególności wytwornica pary na ciepło odpadowe, jako urządzenie chłodzące, instalacja odpylania i instalacja oczyszczania spalin. Poza tym w przewodzie spalin znajduje się sprężarka gazu, którą umieszczono tuż przy wyjściu instalacji oczyszczania spalin i która może mieć postać dmuchawy wyciągowej. Zamontowana sprężarka gazu służy do utrzymania nieznacznego podciśnienia w bębnie pirolizowym. Dzięki temu podciśnieniu nie dopuszcza się do uchodzenia gazu wytlewnego do otoczenia przez uszczelki pierścieniowe bębna pirolizowego.

Transporterem odpadów doprowadza się do bębna wytlewnego różne odpadki, na przykład rozdrobnione śmieci, odpady przemysłowe podobne do śmieci z gospodarstw domowych i rozdrobnione odpady o dużych rozmiarach, ale także odwodniony osad ściekowy.

Jako komorę wytlewną(reaktor pirolizowy) wykorzystuje się z reguły obracający się, stosunkowo długi bęben wytlewny, który ma wewnątrz wiele równoległych rur grzejnych, na których odpady podgrzewają się w zasadzie bez dopływu powietrza. Bęben wytlewny obraca się przy tym wokół swojej osi wzdłużnej.

Oś wzdłużna bębna wytlewnego jest korzystnie nieco nachylona do linii poziomej, tak że stały materiał wytlewny może zbierać się przy wyjściu bębna wytlewnego i może być stamtąd wyprowadzany przez komorę wyjściową gazu wytlewnego i resztek oraz przez zsyp resztek w kierunku separatora resztek z procesu wytlewania.

W bębnie wytlewnym materiałjest podgrzewany za pomocąrur grzejnych. W tym celu gaz opałowy przepływa przez rury grzejne rozmieszczone wzdłuż tego bębna. Odbywa się to z reguły na zasadzie przeciwprądu, to znaczy gaz opałowy wchodzi w strefę gorącego końca bębna i opuszcza go w strefie zimnego końca bębna. Występujący przy tym problem polega na tym, że w strefie zimnego końca bębna istnieje stosunkowo duże zapotrzebowanie energii cieplnej, a w sferze gorącego końca bębna zapotrzebowanie to jest stosunkowo małe. Wyższe zapotrzebowanie energii występuje zwłaszcza przy suszeniu materiału wytlewnego, a mniejsze zapotrzebowanie na energię istnieje przy wytlewaniu. Stosunkowo duże zapotrzebowanie energii cieplnej występuje - patrząc w kierunku transportu odpadów - w strefie między około 0 i 2/3 długości bębna wytlewnego, a małe zapotrzebowanie występuje w przybliżeniu między 2/3 i całkowitą długością bębna wytlewnego.

W tym typie przepływu przeciwprądowego można stwierdzić, że w strefie stosunkowo małego zapotrzebowania na energię występuje wysoka temperatura gazu opałowego i duża prędkość jego przepływu. Tak więc występuje stosunkowo dobre przenoszenie ciepła od tego gazu na rurę grzejną i z niej na materiał obrabiany. Natomiast w strefie dużego zapotrzebowania - energii gaz opałowy ma niższą temperaturę, ponieważ uległ w międzyczasie ochłodzeniu. Gaz ten przepływa z mniejszą prędkością i znacznie gorsze jest przenoszenie ciepła z gazu na rury grzejne i na odpady znajdujące się w bębnie wytlewnym.

Celem wynalazku jest ukształtowanie komory grzejnej określonego wyżej typu, w którym nastąpi poprawa przenoszenia ciepła w obrębie wysokiego zapotrzebowania na energię, a więc w strefie niższej temperatury gazu opałowego.

W komorze grzewczej według wynalazku - patrząc w kierunku przepływu gazu opałowego - w strefie końcowej rur grzejnych, wewnątrz tych rur, umieszczono turbulatory.

Korzystnie, turbulatorami są rozstawione w pewnym odstępie pierścienie turbulatorowe, zwłaszcza ze stali szlachetnej, które mogąmieć prostokątny lub okrągły przekrój. Pierścienie turbulatorowe utrzymywane są w zadanej odległości od siebie przez co najmniej dwa dystansowe druty przytrzymujące, zamocowane zwłaszcza na pierścieniach turbulatorowych po ich stronie wewnętrznej lub zewnętrznej.

178 974

W strefie końcowej w odległości 2/3 1 rur grzejnych, wewnątrz tych rur, znajduje się element wypukły, zamocowany każdorazowo w środku odpowiedniej rury grzejnej, przy czym zwłaszcza element tenjest zamocowany w rurze grzejnej za pomocątrzech podpórek na każdym z jego dwóch końców. Element wyporowy ma kształt cylindryczny lub stożkowy i rozciąga się swoją długością przez kilka pierścieni turbulatorowych i jest wykonany ze stali szlachetnej.

Turbulatory mogą być umieszczone w przybliżeniu na ostatnich dwóch trzecich długości rur grzejnych, dla komór, w których odpady są wprowadzane na zasadzie przeciwprądu do kierunku przepływu gazu opałowego.

Dzięki turbulatorom zastosowanym w komorze uzyskuje się to, że w strefie wysokiego zapotrzebowania na energię powstaje duża turbulencja w warstwie granicznej przy ściance wewnętrznej danej rury grzejnej, w związku z czym zwiększa się średnia prędkość gazu opałowego, co poprawia wymianę ciepła.

Wynalazek zostanie bliżej objaśniony w przykładach wykonania uwidocznionych na rysunku, którego kolejne figury przedstawiają: fig. 1 - część wejściową instalacji wytlewno-spalającej z bębnem wytlewnym, przez której rury grzejne przepływa gaz opałowy na zasadzie przeciwprądu; fig. 2 - przekrój wzdłużny rury grzejnej bębna wytlewnego z wstawionymi turbulatorami pierścieniowymi; fig. 3 - powiększony fragment rury grzejnej; fig. 4 - rurę grzejną z fig. 3 w przekroju; fig. 5 - w przekroju wzdłużnym, powiększony fragment rury grzejnej ze zmodyfikowanym rozmieszczeniem wstawionych turbulatorów pierścieniowych; fig. 6 - rurę grzejną z fig. 5 w przekroju; fig. 7 - w przekroju wzdłużnym rurę grzejną ze wstawionymi turbulatorami i ze wstawionym elementem wyporowym według pierwszej odmiany wykonania i fig. 8 - w przekroju wzdłużnym rurę grzejną ze wstawionymi turbulatorami i z elementem wyporowym według drugiej odmiany wykonania.

Stałe odpadki A doprowadza się,jak to pokazuje fig. 1, centralnie do reaktora pirolizowego lub komory wytlewnej 8 przez urządzenie doprowadzające 2 z wsypem 3 i za pośrednictwem ślimaka 4, który jest napędzany silnikiem 6. Komorą wytlewną 8 w przykładzie wykonania jest ogrzewany wewnętrznie, obracający się wokół swej osi wzdłużnej 10 bęben wytlewny lubpirolizowy, który może mieć długość od 15 do 30 m, pracuje z temperaturą 300 do 600°C w zasadzie bez dopływu tlenu i który obok lotnego gazu wytlewnego 8 wytwarza, w dużym stopniu stałe, resztki z procesu pirolizy (z rozkładu termicznego) f. Chodzi przy tym o orurowany wewnętrznie bęben wytlewny 8 z wieloma (np. 50 do 200) rozmieszczonymi równolegle względem siebie rurami grzejnymi 12, z których na fig. 1 pokazano tylko cztery i które umieszczono we wnętrzu 13. Na prawym lub „gorącym” końcu znajduje się wlot gazu opałowego h w postaci nieruchomej, uszczelnionej komory wlotowej 14 gazu opałowego, a na lewym lub „zimnym” końcu znajduje się wylot gazu opałowego h w postaci nieruchomej, uszczelnionej komory wylotowej 16 gazu opałowego. Oś wzdłużna 10 jest korzystnie nachylona do poziomu, tak że wylot na prawym „gorącym” końcu jest położony niżej od pokazanego z lewej wlotu odpadków A. W bębnie wytlewnym 9 utrzymywane jest korzystnie lekkie podciśnienie względem otoczenia.

Do bębna pirolizowego 8 po stronie wyjściowej dołączono poprzez współobracającąsię środkową rurę wyładowczą 17 urządzenie zsypowe 18, które wyposażono w króciec wylotowy 20 gazu wytlewnego 8 i wylot 22 stałych resztek z pirolizy f. Podłączony do króćca 20, przewód gazu wytlewnego połączono z palnikiem (nie pokazanej na rysunku) wysokotemperaturowej komory spalania.

Ruch obrotowy bębna wytlewnego 8 wokół jego osi wzdłużnej 10 powoduje mechanizm napędowy 24 w postaci przekładni, która podłączona jest do silnika 26. Środki napędowe 24,26 oddziaływująna przykład na wieniec zębaty zamocowany na obwodzie bębna wytlewnego 8. Łożyska bębna wytlewnego 8 oznaczono przez 27.

Z figury 1 widać, że każda z rur grzejnych 12 jest zamocowana swoim jednym końcem na pierwszej płycie końcowej 28, a swoim drugim końcem na drugiej płycie końcowej 30. Zamocowanie na płytach końcowych 28,30 pomyślano tak, że uzyskuje się łatwość wymiany rur grzejnych 12. Koniec każdej z rur grzejnych 12 wychodzi przez otwór z wnętrza 13 w lewo do komory wylotowej 16 albo wprawo do komory wlotowej 14. Oś każdej z rur 12 jest prostopadła do po178 974 wierzchni płyt końcowych 28,30. W pokazanej konstrukcji uwzględniono fakt, że poszczególne rury grzejne 12 są mocno obciążone termicznie i mechanicznie, i że płyty końcowe 28,30, które można nazwać również ścianami sitowymi albo bębnowymi dnami rurowymi, współobracająsię wokół osi wzdłużnej 10 bębna wytlewnego 8.

Między płytami końcowymi 28, 30 przewidziano dwa miejsca podparcia X, Y rur grzejnych 12, które w przeciwnym razie mają tendencję do zwisania. Patrząc w kierunku transportu odpadków A, pierwsze miejsce podparcia X usytuowano w przybliżeniu wjednej trzeciej (1/31), a drugie miejsce podparcia Y w przybliżeniu w dwóch trzecich (2/31) całkowitej długo ści 1 bębna wytlewnego 8. Przewidziano tu zawieszenia lub wsporniki 31,32 w postaci zaokrąglonych ścian sitowych z metali, na przykład ze stali. Zamocowano je na ściance wewnętrznej 33.

Zgodnie z fig. 2, przez rurę grzejną 12, w kierunku strzałki, przepływa gaz opałowy h. W lewej części rury grzejnej 12, gdzie powinna być dobra wymiana ciepła ze znajdującymi się w bębnie odpadkami A celem wyparowania zawartej w nich wilgoci, a więc w strefie końcowej lub zwłaszcza na ostatnich dwóch trzecich długości 1 (patrząc w kierunku przepływu gazu opałowego h), umieszczono we wnętrzu pewnąilość turbulatorów 40. Chodzi tu w szczególności o pierścieniowe turbulatory lub pierścienie turbulatorowe, które w równomiernych lub nierównomiernych odstępach względem siebie rozmieszczono wzdłuż kierunku przepływu. Wykonano je korzystnie ze stali szlachetnej. Służą one w strefie 2/31 rury grzejnej 12 do wytworzenia dużej turbulencji w warstwie granicznej i w ten sposób do zwiększenia prędkości. Powoduje to lepsze przenoszenie ciepła gazu opałowego h, który ochładza się na swej drodze od strony prawej ku lewej.

Z figur 3 i 4 widać, że pierścienie turbulatorowe 40 mogą mieć przekrój okrągły lub prostokątny, w szczególności także przekrój kwadratowy.

Pierścienie turbulatorowe 40 umieszczono we wnętrzu rury grzejnej 12 za pomocą trzech rozciągających się wzdłużnie dystansowych drutów przytrzymujących 42. Spawy między pierścieniami turbulatorowymi 40 i drutami przytrzymującymi 42 oznaczono przez 44. Na fig. 3 i 4 pierścienie 40 przylegają do ścianki wewnętrznej rury grzejnej 12. Zmniejszają one w strefie ich działania wolny przekrój przepływu gazu opałowego h, a więc zwiększają prędkość przepływu i powodują powstawanie zawirowań. Poprawia to, jak już wspomniano, przenoszenie ciepła z gazu h na rurę grzejną 12 i stąd na odpadki.

Następny wariant wykonania pokazano na fig. 5 i 6, gdzie pierścienie turbulatorowe 40 utrzymywane są w określonym odstępie d od ścianki wewnętrznej rury grzejnej 12. Korzystne jest rozmieszczenie koncentryczne. Do utrzymania tego odstępu d i wzajemnego odstępu pierścieni 40 przewidziano znów druty przytrzymujące 42. Umieszczono je tu po stronie zewnętrznej poszczególnych pierścieni 40 i zamocowano spawami 44. Grubość d drutów przytrzymujących 42 odpowiada odstępowi d między średnicą zewnętrzną pierścieni 40 i średnicą wewnętrzną rury grzejnej 12. Efekt w zakresie wymiany ciepła jest praktycznie taki sam jak w wariancie wykonania według fig. 3 i 4.

Na figurach 7 i 8 przedstawiono następne ukształtowania. Wspomniano już, że w miarę ochładzania się gazu opałowego h zmniejsza się jego prędkość przepływu. Prędkość tę można znów zwiększyć za pomocą co najmniej jednego elementu wyporowego 50, który umieszczono zwłaszcza po środku w rurze grzejnej 12. W połączeniu z opisanymi turbulatorami 40 uzyskuje się znów wzrost wymiany ciepła. Tak więc na całej długości 1 poszczególnych rur grzejnych 12 mimo ochłodzenia gazu h uzyskuje się prawie równomierne przenoszenie ciepła z gazu opałowego h na ściankę danej rury grzejnej 12. Dzięki tym środkom można zmniejszyć długość bębna wytlewnego 8 - w porównaniu z tradycyjnym wykonaniem. Przyczynia się to do znaczącej redukcji kosztów wytwarzania bębnów wytlewnych 8.

Na figurze 7 pokazano, że element wyporowy 50, wykonany korzystnie ze stali szlachetnej, może mieć w zasadzie kształt cylindryczny. Wierzchołek elementu wyporowego 50 jest zwrócony przeciwnie do kierunku przepływu gazu h. Natomiast na fig. 8 pokazano, że element wyporowy 50, który także może być wykonany ze stali szlachetnej, może mieć kształt

178 974 ostrosłupa lub stożka. Również i tu wierzchołek elementu wyporowego 50 jest zwrócony przeciwnie do przepływu.

Każdy z elementów wyporowych 50 z fig. 7 i 8 zamocowano środkowo w rurze grzejnej 12. Służą do tego trzy podpórki 52 przemieszczone względem siebie osiowo o 120°, które przewidziano na przednim i tylnym końcu elementu wyporowego 50. Podpórki 52 pokazano tylko na fig. 7 ze względu na przejrzystość rysunku. Element wyporowy 50 rozciąga się każdorazowo na kilka pierścieni turbulatorowych 40. Wzdłuż całego odcinka 2/31 można przewidzieć więcej elementów wyporowych 50.

178 974

FIG 3

FIG 4

178 974

FIG 6

178 974

ŁO 5	0 40	12
A	A	ί
	\ λ W \
		ΪΧΖΊ	h
L

FIG 8

178 974

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Komora grzewcza materiału stałego, obrotowa względem osi wzdłużnej, zwłaszcza stanowiąca bęben wytlewny odpadków, wyposażona w umieszczone w jej wnętrzu, usytuowane w przybliżeniu równolegle względem siebie rury grzejne, przez które przepływa gaz opałowy, znamienna tym, że - patrząc w kierunku przepływu gazu opałowego (h) - w strefie końcowej (2/31) rur grzejnych (12), wewnątrz tych rur (12), ma turbulatory (40).
2. Komora grzewcza według zastrz. 1, znamienna tym, że turbulatorami są rozstawione w pewnym odstępie pierścienie turbulatorowe (40), zwłaszcza ze stali szlachetnej.
3. Komora grzewcza według zastrz. 1, znamienna tym, że pierścienie turbulatorowe (40) mają prostokątny lub okrągły przekrój.
4. Komora grzewcza według zastrz. 2 albo 3, znamienna tym, że pierścienie turbulatorowe (40) utrzymywane są w zadanej odległości od siebie przez co najmniej dwa dystansowe druty przytrzymujące (42).
5. Komora grzewcza według zastrz. 4, znamienna tym, że druty przytrzymujące (42) zamocowane sąna pierścieniach turbulatorowych (40) po ich stronie wewnętrznej lub zewnętrznej.
6. Komora grzewcza według zastrz. 1, znamienna tym, że w strefie końcowej (2/31) rur grzejnych (12), wewnątrz tych rur (12), znajduje się element wyporowy (50).
7. Komora grzewcza według zastrz. 6, znamienna tym, że element wyporowy (50) jest zamocowany każdorazowo w środku odpowiedniej rury grzejnej (12).
8. Komora grzewcza według zastrz. 7, znamienna tym, że element wyporowy (50) jest zamocowany w rurze grzejnej (12) za pomocątrzech podpórek (52) na każdym z jego dwóch końców.
9. Komora grzewcza według zastrz. 6, znamienna tym, że element wyporowy (50) ma kształt cylindryczny lub stożkowy.
10. Komora grzewcza według zastrz. 6, znamienna tym, że element wyporowy (50) rozciąga się swoją długością przez kilka pierścieni turbulatorowych (40).
11. Komora grzewcza według zastrz. 6, znamienna tym, że element wyporowy (50) wykonany jest ze stali szlachetnej.
12. Komora grzewcza według zastrz. 1, znamienna tym, że turbulatory (40) umieszczone są w przybliżeniu na ostatnich dwóch trzecich długości (1) rur grzejnych (12), dla komór, w których odpady (A) są wprowadzane na zasadzie przeciwprądu do kierunku przepływu gazu opałowego.

* * *