PL191610B1 - Urządzenie do spalania z elementami rusztowymi chłodzonymi cieczą - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie do spalania z elementami rusztowymi chlodzonymi ciecza posiadajacymi doplyw i odplyw medium chlodzacego, zna- mienne tym, ze przewód doplywowy (24) i przewód odplywowy (22) polaczone sa ze skraplaczem (23) polaczonym z atmosfera i ze w przewodzie doplywowym (24) usytuowany jest odbieralnik cieczy (25) w postaci U-rury, w którego jednym ramieniu (26) wysokosc cie- czy ma taka wartosc, która wytwarza dowolnie wybrane cisnienie maksymalne w ukladzie, oraz tym, ze drugie, krótsze ramie (27) pola- czone jest z centralnym rozdzielaczem dla po- szczególnych stopni rusztu (2.1 do 2.5). PL PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do spalania z elementami rusztowymi chłodzonymi cieczą.

Elementy rusztowe chłodzone cieczą, szczególnie wodą są od dawna znane, na przykład z opisów WO 96/29544 A1i DE-PS 624 892. Z pierwszego z tych opisów, znana jest konstrukcja otwartego pojemnika, który jednak połączony jest z otoczeniem tylko od strony odpływu. Dopływ połączony jest z pompą, przy czym ciśnienie czynnika chłodzącego w tym obszarze, jak również ilość czynnika przepompowywanego przez tę pompę, określana jest poprzez parametry pracy pompy i zawór regulacyjny włączony i usytuowany za pompą. Drugi z opisów przedstawia konstrukcję rusztu paleniskowego, w którym na górnej jego powierzchni usytuowany jest otwarty pojemnik, który jednak nie służy jako urządzenie kondensacyjne, lecz umożliwia wypływ niskociśnieniowej pary do atmosfery. Intensywność chłodzenia czynnika chłodzącego przy wykorzystaniu tego rusztu paleniskowego jest przypadkowa, ponieważ strumień objętości powietrza pierwotnego, który służy jako medium chłodzące dla cieczy chłodzącej nie może być dowolnie regulowany. W znanym rozwiązaniu, powietrze pierwotne doprowadzone do rusztu, musi być odpowiednio orientowane, w różnych warunkach spalania powstających na ruszcie i w związku z tym, może zajść przypadek, że nie spowoduje ono kondensacji określonej ilości pary, powstającej ewentualnie w układzie obiegu czynnika chłodzącego. Wadą nowoczesnych urządzeń paleniskowych jest to, że trzeba zastosować stosunkowo rozbudowany i technicznie skomplikowany układ regulacji, aby z jednej strony zapewnić wystarczające chłodzenie elementów rusztowych, a z drugiej strony uzyskać konieczną żywotność elementów rusztowych przy nadmiernym ogrzewaniu tych elementów.

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do spalania z elementami rusztowymi chłodzonymi cieczą posiadającymi dopływ i odpływ medium chłodzącego, w którym przewód dopływowy i przewód odpływowy połączone są ze skraplaczem połączonym z atmosferą. W przewodzie dopływowym usytuowany jest odbieralnik cieczy w postaci U-rury, w którego jednym ramieniu wysokość cieczy ma taką wartość, która wytwarza dowolnie wybrane ciśnienie maksymalne w układzie. Drugie, krótsze ramię połączone jest z centralnym rozdzielaczem dla poszczególnych stopni rusztu.

Korzystnie, przewód łączący, który stanowi górne zakończenie krótszego ramienia przyłączony do centralnego rozdzielacza, jest usytuowany w wybranej bezpiecznej odległości poniżej najniższego punktu przepływu strumienia medium chłodzącego w najniższym elemencie rusztowym.

Centralny rozdzielacz usytuowany jest poniżej elementów rusztowych stopni rusztu połączonych równolegle do kierunku przepływu, w równym odstępie wzdłuż długości rusztu paleniskowego przez całą długość tego rusztu, który to odstęp jest mniejszy niż wymiar wysokości bezpieczeństwa.

Centralna komora zbiorcza posiada przewody powrotne połączone z elementami rusztowymi stopni rusztu połączonych równolegle do kierunku przepływu, która to komora usytuowana jest poniżej elementów rusztowych w równym odstępie wzdłuż długości rusztu paleniskowego przez całą długość tego rusztu, który to odstęp jest mniejszy niż wymiar wysokości bezpieczeństwa.

W każdym przewodzie odpływowym włączonym między stopnie rusztu i centralną komorę zbiorczą usytuowany jest dławik.

Drugie, krótsze ramię odbieralnika cieczy w postaci U-rury posiada dodatkową przestrzeń zasobnikową dla medium chłodzącego, przy czym ramię to ukształtowane jest w postaci zbiornika, w którym zanurzone jest ramię o mniejszej średnicy i sięga prawie w pobliże dna krótszego ramienia, tak że górne zamknięte zakończenie sięga prawie poniżej najniższego punktu najniższego przepływu medium chłodzącego w najniższym stopniu rusztu. Przewód łączący połączony jest z centralnym rozdzielaczem poniżej najwyższego punktu cylindrycznego zbiornika.

Centralna komora zbiorcza wychodząc od jej najniższego punktu, połączona jest poprzez przewód ze zbiornikiem kondensatu.

Zbiornik kondensatu połączony jest poprzez pompę i przewód ze skraplaczem, który to przewód zakończony dyszą wprowadzony jest do skraplacza.

W urządzeniu według wynalazku zbiornik kondensatu posiada urządzenie chłodnicze.

Skraplacz urządzenia stanowi skraplacz powierzchniowy z korpusami chłodzonymi wodą, i dyszą natryskową, przy czym skraplacz ten odcięty jest od atmosfery i połączony z urządzeniem wytwarzającym próżnię.

Skraplacz połączony z atmosferą zapewnia to, że również przy całkowitym odparowaniu medium chłodzącego, nie może wytworzyć się wyższe ciśnienie niż to, które wywołane jest wysokością

PL 191 610 B1 cieczy dłuższego ramienia odbieralnika cieczy, która ustalana jest dowolnie. W praktyce określa się wysokość cieczy na poziomie 4,85 m ponad najniższym punktem przepływu medium chłodzącego w najniższym elemencie rusztowym, aby zapobiec podniesieniu się ciśnienia powyżej 0,05 MPa, ponieważ instalacja, ze względu na wytwarzanie pary w kotle podlega innym przepisom bezpieczeństwa. Odstęp między najniższym poziomem przepływu najniższego elementu rusztowego i górnym zakończeniem krótszego ramienia, połączonym z centralnym rozdzielaczem, określony jest jako wysokość bezpieczeństwa, lub inaczej mówiąc wymiar wysokości bezpiecznej, i odpowiada tej samej wysokości cieczy, która w odbieralniku cieczy wytwarza ciśnienie, które powinno przeciwdziałać zawracaniu przepływu w układzie chłodzenia, również wtedy, gdy występuje miejscowe silniejsze oddziaływanie promieniowania ciepła na elementy rusztowe, a w związku z tym, ze względu na odparowanie medium chłodzącego, powstaje silna tendencja do jego wydmuchania. W praktyce, ze względów bezpieczeństwa wymiar wysokości bezpiecznej jest tak określany, że odpowiada on podwójnej wartości różnicy wysokości stosownego rusztu paleniskowego, między najwyższym i najniższym punktem przepływu medium chłodzącego w tym ruszcie.

Usytuowanie centralnego rozdzielacza, jak również centralnej komory zbiorczej, w pewnej odległości poniżej rusztu paleniskowego, mniejszej niż wymiar wysokości bezpiecznej, jest spowodowane tym, że zmiany zachodzące podczas rozruchu, zależne od okoliczności, zmieniają wymiar wysokości bezpiecznej. Również w takich przypadkach powinno być zagwarantowane to, że centralna komora zbiorcza i centralny rozdzielacz usytuowane są w mniejszej odległości pod rusztem paleniskowym niż odległość odpowiadająca wymiarowi wysokości bezpiecznej. Centralna komora zbiorcza i centralny rozdzielacz zainstalowane są na stałe i niestety nie ma prawie możliwości zmiany ich położenia, co nie odnosi się w tym wymiarze do połączenia z krótszym ramieniem ukształtowanego w postaci U-rury odbieralnika cieczy, które ustala wymiar wysokości bezpiecznej.

W rozwiązaniu według wynalazku korzystnie jest gdy pojemnik cylindryczny jest wyższy niż geodezyjna wysokość krótszego ramienia, to znaczy pojemnik cylindryczny wystaje ponad odgałęzienie w kierunku centralnego rozdzielacza.

Zastosowanie skraplacza bezprzeponowego (mokrego) dołączonego do skraplacza powierzchniowego, w którym para zawracana ze skraplacza powierzchniowego ulega kondensacji na ochłodzonych kroplach wody, zapewnia w pewien określony sposób podtrzymanie obiegu cieczy chłodzącej również wtedy, gdy rury chłodzone wodą skraplacza ulegną uszkodzeniu.

W przypadku uruchamiania urządzenia do spalania, dzięki spadkowi ciśnienia w przestrzeni parowej skraplacza, w centralnym rozdzielaczu powstaje takie samo podciśnienie, co powoduje, że medium chłodzące, odpowiednio do spadku ciśnienia, jest kierowane z elementów rusztowych do centralnego rozdzielacza, przy czym przepływ w początkowej fazie podtrzymywany jest również przez to, że w przestrzeni spalania ponad rusztem paleniskowym zapalane są tak zwane palniki rozbiegowe, promieniowanie cieplne których oddziaływuje na ruszt paleniskowy. W ten sposób medium chłodzące znajdujące się w elementach rusztowych jest ogrzewane i ewentualnie nawet odparowywane, dzięki czemu układ chłodzący jest uruchamiany na zasadzie ogrzewania grawitacyjnego.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym schematycznie przedstawiono urządzenie do spalania z rusztem paleniskowym i układem chłodzenia.

W przestrzeni spalania oznaczonej ogólnie cyfrą 1 usytuowany jest ruszt paleniskowy 2, który obejmuje pięć stopni rusztu 2.1, 2.2, 2.3, 2.4 i 2.5 leżących jeden za drugim i utworzonych z usytuowanych obok siebie elementów rusztowych, przy czym stopnie te zachodzą dachówkowato jeden na drugi i są pochylone, tak że tylne zakończenie rusztu paleniskowego usytuowane na walcu 3 leży niżej niż element rusztu 4, na który podawane jest paliwo. Pojedyncze stopnie rusztu 2.1do 2.5 chłodzone są wodą. W rozwiązaniu tym stopnie te połączone są poprzez przewody dopływowe 6 do 10 z centralnym rozdzielaczem 5 służącym jako kolektor dopływowy. Poprzez te przewody, medium chłodzące, a przeważnie woda, doprowadzana jest do poszczególnych stopni rusztu, skąd następuje przepływ powrotny poprzez przewody odpływowe 11 do 15, które posiadają dławiki 16 do 20, służące do tego, aby w centralnym rozdzielaczu 5i w poszczególnych chłodzonych elementach rusztu wytworzyć nadciśnienie. Przewody odpływowe 11 do 15 są doprowadzone do centralnej komory zbiorczej 21, służącej jako zbiornik powrotny, z której wyprowadzony jest przewód 22, połączony ze skraplaczem 23. Skropliny powstające w skraplaczu 23 spływają poprzez przewód dopływowy 24do odbieralnika cieczy oznaczonego liczbą 25, który tworzy U-rura. Dłuższe ramię tej rury zostało oznaczone liczbą 26, a krótsze liczbą 27. Rura ta służy jako zasobnik cieczy i obejmuje ramię 27 o znacznie większej średnicy niż średnica ramienia dłuższego 26, przy czym dłuższe ramię 26 zanurzone jest

PL 191 610 B1 w ramieniu krótszym 27, służącym jako zbiornik zasobnikowy dla cieczy, a zakończenie ramienia 2.6 usytuowane jest w pobliżu dna 28. Przewód łączący 29 prowadzący do centralnego rozdzielacza 5, tworzy górne zakończenie krótszego ramienia 27 odbieralnika 25, wykonanego w formie U-rury. Z już bliżej wyjaśnionych tu powodów, krótsze ramię 22, które równocześnie pełni rolę zbiornika, poprzez miejsce przyłączenia przewodu łączącego 29, przedłużone jest w kierunku do góry. Ta część pojemnika została oznaczona liczbą 30.

Zarówno rozdzielacz centralny 5 jak i centralna komora zbiorcza 21 usytuowane są poniżej rusztu paleniskowego 2 i posiadają ten sam kąt pochylenia co ruszt paleniskowy, aby poszczególne elementy rusztowe były zasilane gazem o tym samym ciśnieniu.

Przy najniżej położonym miejscu centralnej komory zbiorczej 21 usytuowany jest przewód kondensatu 31, który prowadzi do zbiornika kondensatu 32, który przy dolnym zakończeniu wyposażony jest w urządzenie chłodzące. Po opuszczeniu dolnego zakończenia zbiornika kondensatu 32, kondensat przepompowywany jest za pomocą pompy 34, poprzez przewód 35 do skraplacza, gdzie poprzez dyszę natryskową 36 kondensat wtryskiwany jest do skraplacza. Oznaczeniem 37 została oznaczona rura chłodząca skraplacza, przez którą przepływa środek chłodniczy, i której dopływ oznaczono oznaczeniem 38 a odpływ - oznaczeniem 39.

Urządzenie działa w niżej opisany sposób.

Przy uruchamianiu urządzenia paleniskowego, układ chłodzący, to znaczy pojedyncze elementy rusztowe, przez które przepływa medium chłodzące, centralny rozdzielacz 5, odbieralnik 25 i skraplacz 23 napełniany jest prawie do przewodu dopływowego 24. W tym stanie, w obiegu chłodzącym panuje równowaga hydrauliczna. Następnie, skraplacz 23, który podczas normalnej pracy połączony jestz atmosferą, jest zamykany na krótki okres czasu i poprzez przewód 40 połączony jestz urządzeniem wytwarzającym próżnię. Dzięki temu w górnej przestrzeni parowej 23.1, która nie jest wypełniona cieczą, panuje określone podciśnienie. Jeśli zostanie uruchomiony palnik rozruchowy, przy czym na ruszcie paleniskowym 2 nie znajduje się jeszcze paliwo, ruszt paleniskowy poddawany jest promieniowaniu cieplnemu. Do konstrukcji rusztu, jak i do medium chłodzącego znajdującego się w elementach rusztowych, doprowadzane jest ciepło, i przy temperaturze 367,52 K następuje przejście od fazy ciekłej do fazy pary nasyconej, w przypadku, gdy układ chłodzący napełniony jest wodą. Medium chłodzące zaczyna odparowywać i powstająca para nasycona kierowana jest poprzez centralną komorę zbiorczą 21 i przewód 22 do skraplacza 23, który jest już połączony z atmosferą. Tu na rurach chłodzących 37 następuje kondensacja pary nasyconej. Ze względu na różnicę gęstości cieczy i pary nasyconej w centralnej komorze zbiorczej i w przestrzeni parowej 23.1 skraplacza 23, medium chłodzące jest wymieniane w obiegu. Kondensat wychwycony z centralnej komory zbiorczej 1w zbiorniku kondensatu 32 chłodzony jest w urządzeniu chłodzącym 33 i poprzez pompę 34 i przewód 35 wtryskiwany jest do przestrzeni parowej 23.1 skraplacza 23. Takie wtryskiwanie ochłodzonego kondensatu oddziaływuje jak kondensacja mieszankowa, przy której para ulega kondensacji na zimnych kroplach kondensatu, w wyniku czego krople te łączą się w procesie kondensacji powierzchniowej. Poza tym, dzięki temu kondensat pojawiający się w centralnej komorze zbiorczej doprowadzany jest ponownie do obiegu.

Odbieralnik 25 jest tak zwymiarowany, że posiada on dłuższe i krótsze ramię tworzące U-rurę, przy czym odstęp najwyższego punktu dłuższego ramienia, który utworzony jest przez lustro cieczy w urządzeniu kondensacyjnym 23 od najniższego punktu strumienia medium chłodzącego w najniższym elemencie rusztowym 2.5 wynosi 4,85 m, aby w układzie nie powstało wyższe ciśnienie niż 0,05 MPa, ponieważ w pozostałej części instalacja pracuje pod ciśnieniem pary wytwarzanej w kotle iw jej budowie mogłyby nastąpić naprężenia. Różnica wysokości między najniższym punktem strumienia medium chłodzącego w najniższym elemencie rusztowym 2.5 a górnym zakończeniem krótszego ramienia, które jest utworzone przez przewód łączący 29 odpowiada wymiarowi bezpiecznej wysokości, który został tak korzystnie wybrany, że odpowiada on podwójnej różnicy wysokości między najwyższym punktem strumienia medium chłodzącego najwyższego elementu rusztowego i najniższym punktem strumienia medium chłodzącego najniższego elementu rusztowego. Z tego bezpiecznego wymiaru wysokości wynika słup wody, i w związku z tym określone ciśnienie, które jest wystarczające aby przy największej ilości pary powstającej w jakimkolwiek elemencie rusztowym, tak przeciwdziałać powstającemu ciśnieniu, że nigdy nie nastąpi odwrócenie kierunku przepływu medium chłodzącego. Aby zapewnić odpowiednią ilość medium chłodzącego, drugie krótsze ramię pełni funkcję zbiornika o większej średnicy w stosunku do ramienia dłuższego, aby węższe ramię nie było wykorzystywane tylko do utworzenia układu U-rury, lecz również tworzyło pewien zasobnik wody, do czego

PL 191 610 B1 szczególnie służy część 30 ramienia 27, wystająca ponad przewód łączący 29. Ponieważ skraplacz 23 podczas normalnej pracy urządzenia połączony jest z atmosferą, w układzie chłodzącym nie może powstać wyższe ciśnienie niż to, jakie wywołane jest wysokością słupa wody dłuższego ramienia od najniższego punktu przepływu medium chłodzącego w najniższym elemencie rusztowym. Wysokość ta, która może być wybrana dowolnie, określa maksymalne ciśnienie w układzie chłodzącym, podczas gdy odstęp między najniższym punktem przepływu medium chłodzącego w najniższym elemencie rusztowym i przewodem łączącym 29, również do górnego punktu krótszego ramienia powoduje powstanie takiego ciśnienia cieczy, które przeciwdziała wydmuchiwaniu pary w elementach rusztowych, aby zapobiec odwróceniu przepływu medium chłodzącego. Ze względu na możliwość wyboru bezpiecznego wymiaru wysokości, przeciwciśnienie może być ustalone na takim poziomie, że również przy największym oddziaływaniu ciepła na element rusztowy, nie może powstać taka objętość pary o odpowiednim ciśnieniu.

Claims (13)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do spalania z elementami rusztowymi chłodzonymi cieczą posiadającymi dopływ i odpływ medium chłodzącego, znamienne tym, że przewód dopływowy (24) i przewód odpływowy (22) połączone są ze skraplaczem (23) połączonym z atmosferą i że w przewodzie dopływowym (24) usytuowany jest odbieralnik cieczy (25) w postaci U-rury, w którego jednym ramieniu (26) wysokość cieczy ma taką wartość, która wytwarza dowolnie wybrane ciśnienie maksymalne w układzie, oraz tym, że drugie, krótsze ramię (27) połączone jest z centralnym rozdzielaczem dla poszczególnych stopni rusztu (2.1 do 2.5).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że przewód łączący (29) który stanowi górne zakończenie krótszego ramienia (27) przyłączony do centralnego rozdzielacza (5), jest usytuowany w wybranej bezpiecznej odległości poniżej najniższego punktu przepływu strumienia medium chłodzącego w najniższym elemencie rusztowym (2.5).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że centralny rozdzielacz (5) usytuowany jest poniżej elementów rusztowych stopni rusztu (2.1 - 2.5) połączonych równolegle do kierunku przepływu, w równym odstępie wzdłuż długości rusztu paleniskowego przez całą długość tego rusztu, który to odstęp jest mniejszy niż wymiar wysokości bezpieczeństwa.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że centralna komora zbiorcza (21) posiada przewody powrotne połączone z elementami rusztowymi stopni rusztu (2.1 - 2.5) połączonych równolegle do kierunku przepływu, która to komora usytuowana jest poniżej elementów rusztowych w równym odstępie wzdłuż długości rusztu paleniskowego przez całą długość tego rusztu, który to odstęp jest mniejszy niż wymiar wysokości bezpieczeństwa.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że w każdym przewodzie odpływowym (11 do 15) włączonym między stopnie rusztu (2.1 do 2.5) i centralną komorę zbiorczą (21) usytuowany jest dławik (16 do 20).
6. 6. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że drugie, krótsze ramię 27 odbieralnika cieczy (25) w postaci U-rury posiada dodatkową przestrzeń zasobnikową dla medium chłodzącego.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że drugie, krótsze ramię (22) odbieralnika cieczy (25) w postaci U-rury ukształtowane jest w postaci zbiornika, w którym zanurzone jest ramię (26) o mniejszej średnicy i sięga prawie w pobliże dna (28) krótszego ramienia (27), tak że górne zamknięte zakończenie sięga prawie poniżej najniższego punktu najniższego przepływu medium chłodzącego w najniższym stopniu rusztu (25) i tym, że przewód łączący (29) połączony jest z centralnym rozdzielaczem (5) poniżej najwyższego punktu cylindrycznego zbiornika.
8. 8. Urządzenie według zastrz.1 albo 7, znamienne tym, że centralna komora zbiorcza (21) wychodząc od jej najniższego punktu, połączona jest poprzez przewód (31) ze zbiornikiem kondensatu 32.
9. 9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że zbiornik kondensatu (32) połączony jest poprzez pompę (34) i przewód (35) ze skraplaczem (23).
10. 10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że przewód (35) zakończony dyszą (36) wprowadzony jest do skraplacza (23).
11. 11. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że zbiornik kondensatu (32) posiada urządzenie chłodnicze (33).

    PL 191 610 B1
12. 12. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że skraplacz (23) stanowi skraplacz powierzchniowy z korpusami (37) chłodzonymi wodą, i dyszą natryskową (36).
13. 13. Urządzenie według zastrz. 9 albo 12, znamienne tym, że skraplacz (23) odcięty jest od atmosfery i połączony z urządzeniem wytwarzającym próżnię.