PL191663B1 - Piec grzewczy - Google Patents

Abstract

1. Piec grzewczy zawierajacy sekcje promieniu- jaca posiadajaca sciany i sklepienie, umieszczona w sekcji promieniujacej rure wymiany ciepla promie- niowania posiadajaca wlot i wylot, przez które plyn technologiczny moze byc odpowiednio wprowadzany i odprowadzany z sekcji promieniujacej, przy czym pomiedzy wlotem i wylotem rura ulozona jest w polo- zeniu poziomym, oraz wiele palników, z czego przy- najmniej dwa palniki umieszczone sa po przeciwle- glych stronach rury, i wiele podpór umieszczonych wzdluz rury w pewnych od siebie odstepach, zna- mienny tym, ze sklepienie (14) posiada wzdluzny otwór (18); podpory (40) sa przymocowane odla- czalnie oraz tworza gniazda, w których spoczywaja odcinki rury (30), przy czym rura (30) i podpory (40) umieszczone sa w sposób pozwalajacy na unie- sienie ich jako calosci przez wzdluzny otwór (18) w sklepieniu (14) sekcji promieniujacej (10). PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy dwustronnie ogrzewanych pieców grzewczych posiadających rurę wymiany ciepła promieniowania podtrzymywaną przez podpory w położeniu poziomym, szczególnie zaś pieca grzewczego z zaprojektowanymi właściwościami pozwalającymi na uproszczenie wymiany rury i jej podpór.

W dwustronnie ogrzewanym piecu grzewczym przynajmniej jedna rura wymiany ciepła promieniowania zawierająca płyn technologiczny (w stanie ciekłym bądź gazowym) podgrzewana jest z dwóch przeciwległych stron. Rura ta znajduje się w sekcji promieniującej pieca grzewczego. Niniejszy wynalazek dotyczy podkategorii takich pieców grzewczych określanej jako „piece grzewcze z poziomo umieszczoną rurą promieniującą”. Piece takie posiadają rurę (lub rury) przebiegającą tam i z powrotem, tak że tworzy ona płaską wężownicę (lub wężownice). Płaska wężownica podtrzymywana jest w sekcji promieniującej przez podpory. Piece grzewcze z poziomo umieszczoną rurą promieniującą wykorzystywane są w takich procesach jak „krakowanie” chlorku etylenu (EDC) do chlorku winylu wykorzystywanego jako włókna lub tworzywo sztuczne (taki piec nazywany jest piecem EDC), odparowywanie siarki w zastosowaniach związanych z petrochemią, nagrzewanie materiału przeznaczonego do koksowania itd. Jeden z przykładów pieca grzewczego z poziomo umieszczoną rurą promieniującą wykorzystywanego do nagrzewania materiału przeznaczonego do koksowania przedstawiony jest w patencie USA nr 5 078 857 autorstwa Meltona.

Z praktycznego punktu widzenia większość pieców grzewczych z poziomo umieszczoną rurą promieniującą posiada oprócz sekcji promieniującej sekcję konwekcyjną. W położonej za sekcją promieniującą i na wyższej od niej wysokości sekcji konwekcyjnej umieszczona jest wężownica (lub wężownice), która jest poddawana działaniu wypływających z sekcji promieniującej gorących gazów spalinowych.

W wielu zastosowaniach (na przykład takich jak wymieniono powyżej) pieców grzewczych z poziomo umieszczoną rurą promieniującą rura i jej podpory poddawane są działaniu niekorzystnych warunków otoczenia. Warunki te mogą spowodować znaczącą korozję oraz zużycia i pęknięć w rurze i jej podporach, przez co rura i/lub jej podpory wymagają okresowej wymiany - zwykle po 5 -10 latach użytkowania. W typowych piecach grzewczych z poziomo umieszczoną rurą promieniującą wymiana rury i/lub jej podpór jest bardzo uciążliwym zadaniem.

Przykładowo w patencie USA nr 3 384 053 autorstwa Fleischera przedstawiony jest dwustronnie ogrzewany piec grzewczy z wygiętym kominem. Wężownica jest zawieszona na zawiasowych podporach, które są podwieszone na szkielecie konstrukcyjnym pieca i wchodzą do jego wnętrza przez niewielkie otwory w sklepieniu. Korzystnie otwory są zasklepione dookoła podpór za pomocą cementu. Ujawniony przez Fleishera piec grzewczy posiada te same wady co większość pieców z poziomo umieszczoną rurą promieniującą, związane są one z kłopotliwą wymianą rury. Zwykle poziome odcinki rury muszą być pocięte na części, i usunięte z pieca pojedynczo przez umieszczone w jego ścianie szczytowej drzwi. Dzielenie, opuszczanie i usuwanie odcinków rur z górnej części pieca grzewczego jest trudne i w pewnym stopniu niebezpieczne. Przeznaczona do umieszczenia w piecu rura zamienna musi być w podobny sposób wprowadzona do wnętrza pieca. Ponadto, ze względu na to że niemożliwa jest wymiana podpór bez odcięcia podpór od rury bądź jej demontażu, zadanie jest uciążliwe nawet gdy wymiany wymagają jedynie podpory rury.

Dokonywane były próby wyposażenia pieca w usuwalną ścianę szczytową, przez którą umieszczona na prowadnicach lub szynach płaska wężownica może być w całości usunięta. Rozwiązania opracowywane w wyniku tych prób zwykle okazywały się kosztowne i niepraktyczne. Jedna z takich prób przedstawiona jest w patencie USA nr 2 456 787 autorstwa Kniela. W patencie tym ujawniony jest nie posiadający sekcji konwekcyjnej piec grzewczy, w którym w komorze paleniskowej umieszczona jest jedna dwustronnie ogrzewana wężownica oraz dwie jednostronnie ogrzewane (tj. poddawane działaniu płomienia tylko z jednej strony) wężownice peryferyjne. Ze sklepienia komory paleniskowej wychodzą dwa kanały wylotowe spalin. Dwustronnie ogrzewana wężownica podtrzymywana jest przez podpory, na których opierają się poziome odcinki rury tworzącej wężownice. Podpory wężownicy zawieszone są na podłużnym torze (umieszczonym nad komorą paleniskową, pomiędzy kanałami wylotowymi spalin), przy czym wchodzą one do komory paleniskowej przez szczelinę (równoległą do toru) w jej sklepieniu. Szczelina w sklepieniu jest w czasie normalnego użytkowania pieca zamknięta za pomocą umieszczonych dookoła podpór zamknięć, których wewnętrzne powierzchnie wykonane są z materiału ogniotrwałego. Inna szczelina, w czasie normalnego użytkowania pieca zaPL 191 663 B1 mknięta za pomocą zawiasowych zamknięć o ogniotrwałej powierzchni wewnętrznej, umieszczona jest w ścianie szczytowej. Jeżeli szczelina w sklepieniu i zamknięcia w ścianie szczytowej są otwarte, wężownica może być usunięta lub wprowadzona do wnętrza pieca przez szczelinę w ścianie szczytowej przez przesuwanie podpór wzdłuż toru. Rozwiązanie to wymaga złożonej konstrukcji, dużych, otwieralnych zamknięć w sklepieniu i ścianie szczytowej oraz rozciągającej się od ściany szczytowej komory paleniskowej konstrukcji podtrzymującej tor, na którym podwieszona jest wężownica podczas jej usuwania przez ścianę szczytową. Ponadto rozwiązanie to nie zapewnia możliwości wymiany podpór niezależnie od rury tworzącej wężownicę.

Należy też wspomnieć o innej kategorii dwustronnie ogrzewanych pieców, a mianowicie pieców określanych tu jako „piece z rurą umieszczoną pionowo”. W piecach tych rura umieszczona jest pionowo, nie zaś poziomo jak w dotychczas opisywanych rozwiązaniach. Cechy konstrukcyjne, zastosowania i konserwacja pieców z rurą umieszczoną pionowo są zupełnie inne niż pieców z rurą umieszczoną poziomo, stąd duża część niniejszych rozważań nie dotyczy pieców z rurą umieszczoną pionowo. Przykładowo, w większości pieców z rurą umieszczoną pionowo, pionowe odcinki rury są osobno podtrzymywane z zewnątrz sekcji promieniującej za pomocą systemu łączników i przeciwwag. Zwykle wewnątrz sekcji promieniującej pieca grzewczego nie są wykorzystywane żadne podpory. Jednakże, podobnie jak w przypadku pieców z rurą umieszczoną poziomo, pionowe odcinki rury są zwykle wprowadzane i usuwane wzdłużnie. Ze względu na położenie odcinków rury, są one zwykle wprowadzane i usuwane przez niewielkie otwory umieszczone w sklepieniu sekcji promieniującej. Przykłady takiego rozwiązania przedstawione są w patentach USA nr 3 230 052 i 3 265 043 autorstwa Lee i innych, 3 348 923 autorstwa Demaresta i 4 955 323 autorstwa Ziemianka. W żadnym z tych patentów nie zapewniono możliwości wprowadzania i usuwania wielu odcinków rury jako jednej całości. Oczywiście, ponieważ we wnętrzu sekcji promieniującej nie są umieszczone żadne podpory, nie ma również możliwości wymiany podpór niezależnie od rury.

W związku z tym w obecnym stanie techniki istnieje zapotrzebowanie na piec grzewczy z poziomo umieszczoną rurą, w którym zapewniono możliwość uproszczonego usuwania i wymiany zużytej płaskiej wężownicy.

W obecnym stanie techniki istnieje ponadto zapotrzebowanie na piec grzewczy z poziomo umieszczoną rurą, w którym płaska wężownica może być usuwana w całości, i podobnie, płaska wężownica może być w całości do pieca wprowadzana.

Istnieje ponadto zapotrzebowanie na piec grzewczy z poziomo umieszczoną rurą, w którym podpory rury mogą być usuwane i wymieniane niezależnie od płaskiej wężownicy.

Niniejszy wynalazek wychodzi na przeciw powyższym zapotrzebowaniom, zapewniając piec grzewczy z poziomo umieszczoną rurą, w którym rura płaskiej wężownicy może być w całości usuwana i wymieniana, oraz w którym podpory rury korzystnie mogą być osobno i niezależnie usuwane i wymieniane.

W jednym z aspektów niniejszy wynalazek dotyczy pieca grzewczego posiadającego sekcję promieniującą posiadającą ściany i sklepienie, przy czym sklepienie to posiada wzdłużny otwór. W sekcji promieniującej umieszczona jest rura wymiany ciepła promieniowania posiadająca wlot i wylot, przez które płyn technologiczny może być odpowiednio wprowadzany i odprowadzany z sekcji promieniującej. Pomiędzy wlotem i wylotem rura ułożona jest w przybliżeniu w położeniu poziomym. Piec wyposażony jest w wiele palników, z czego przynajmniej dwa palniki umieszczone są po przeciwległych stronach rury. Wzdłuż rury, w pewnych od siebie odstępach umieszczonych jest wiele podpór tworzących gniazda, w których spoczywa rura. Możliwe jest podnoszenie rury wraz z podporami przez wzdłużny otwór w sklepieniu sekcji promieniującej.

Korzystnie odcinki rury są umieszczone w przybliżeniu równolegle i niemal w linii prostej jeden nad drugim, przy czym każda podpora rury posiada słupek, zazwyczaj jest on umieszczony pionowo. Odcinki rury korzystnie umieszczone są w przybliżeniu pod wzdłużnym otworem w sklepieniu sekcji promieniującej.

Każda z podpór rury może posiadać słupek (zazwyczaj jest on umieszczony pionowo) oraz wiele ramion podtrzymujących, przy czym ramiona podtrzymujące tworzą gniazda, w których spoczywa rura. Ramiona podtrzymujące są przymocowane do słupka w sposób umożliwiający ich odłączenie.

Korzystnie podpory rur są zawieszone nad odcinkami rury w sekcji promieniującej w sposób umożliwiający odłączenie podpór. Każda z podpór może być pod odcinkami rury zabezpieczona przed poruszaniem się na boki. W jednym z wykonań każda z podpór posiada górny koniec wystający przez wzdłużny otwór w sklepieniu. Każda z podpór rury może ponadto posiadać występ przymocowany do

PL 191 663 B1 górnego końca słupka, tak że występ położony jest nad sekcją promieniującą, przy czym podpora rury jest na tym występie zawieszona. Poprzecznie we wzdłużnym otworze w sklepieniu sekcji promieniującej może być przymocowany (w sposób umożliwiający odłączenie) mostkowy element podtrzymujący, przy czym podpora jest zawieszona poprzez osadzenie występu na mostkowym elemencie podtrzymującym.

Piec grzewczy może posiadać sekcję konwekcyjną, w której umieszczona jest rura wymiany ciepła konwekcji. Zwykle sekcja konwekcyjna umieszczona jest powyżej rury i jest od niej odsunięta w kierunku poziomym.

W jednym z wykonań piec grzewczy posiada dwie sekcje promieniujące, dwie rury (każda rura umieszczona jest w innej sekcji promieniującej), dwa zestawy palników (każdy zestaw palników umieszczony jest w innej sekcji promieniującej) oraz dwie sekcje konwekcyjne (każda sekcja konwekcyjna połączona jest z inną sekcją promieniującą i umieszczona powyżej umieszczonej w tej sekcji rury i jest od niej odsunięta w kierunku poziomym, przy czym obie sekcje konwekcyjne przylegają do siebie).

W innym aspekcie niniejszego wynalazku piec grzewczy posiada sekcję promieniującą posiadającą ściany i sklepienie, przy czym sklepienie to posiada wzdłużny otwór. W sekcji promieniującej umieszczona jest rura wymiany ciepła promieniowania posiadająca wlot i wylot, przez które płyn technologiczny może być odpowiednio wprowadzany i odprowadzany z sekcji promieniującej. Pomiędzy wlotem i wylotem rura ułożona jest w przybliżeniu w położeniu poziomym, przy czym poziome odcinki rury są w przybliżeniu równoległe i umieszczone jeden nad drugim, tak że tworzą płaską wężownicę położoną zwykle pod wzdłużnym otworem w sklepieniu sekcji promieniującej. Piec wyposażony jest w wiele palników, z czego przynajmniej dwa palniki umieszczone są po przeciwległych stronach rury. Wzdłuż rury, w pewnych od siebie odstępach umieszczonych jest wiele podpór tworzących gniazda, w których spoczywa rura. Podpory posiadają umieszczone zwykle pionowo słupki oraz wystające z nich ramiona podtrzymujące, przy czym odcinki rury spoczywają na ramionach podtrzymujących, tak że podpory rury podtrzymują płaską wężownicę. Możliwe jest podnoszenie płaskiej wężownicy wraz z podporami przez wzdłużny otwór w sklepieniu sekcji promieniującej.

Te i inne cele, właściwości i zalety przedmiotu wynalazku staną się bardziej widoczne dzięki poniższemu szczegółowemu opisowi i związanych z nim rysunkom. Na wszystkich rysunkach podobne elementy oznaczone są podobnie ponumerowanymi odnośnikami.

Figura 1 przedstawia schematycznie widok z przodu na przekrój pieca grzewczego z poziomo umieszczoną rurą, zgodnie z korzystnym wykonaniem przedmiotu wynalazku, fig. 2 - schematycznie widok z boku na przekrój przedstawionego na fig. 1 pieca grzewczego z poziomo umieszczoną rurą, fig. 3 - szczegółowo mechanizm mocowania słupka od góry zgodnie z wykonaniem przedmiotu wynalazku, fig. 4 - szczegółowo obszar oznaczony na fig. 2 okręgiem IV, fig. 5 - szczegółowy widok z kierunku oznaczonego na fig. 4 strzałkami V-V, fig. 6 - szczegółowo obszar oznaczony na fig. 2 okręgiem VI, fig. 7 - schematycznie widok z boku na przekrój pieca grzewczego z poziomo umieszczoną rurą, zgodnie z innym wykonaniem przedmiotu wynalazku, fig. 8 - szczegółowo obszar oznaczony na fig. 7 okręgiem VIII.

Przedmiot wynalazku zostanie omówiony w odniesieniu do pieca przeznaczonego do krakowania EDC. Jednakże podstawy niniejszego wynalazku równie dobrze znajdują zastosowanie w innych konfiguracjach pieców grzewczych z poziomo umieszczoną rurą. Fig. 1 przedstawia schematycznie widok z przodu na przekrój takiego pieca do krakowania EDC 1. Piec 1 posiada sekcję promieniującą 10 oraz w korzystnym wykonaniu sekcję konwekcyjną 20.

Przynajmniej jedna rura wymiany ciepła promieniowania 30 tworzy płaską wężownicę 32, której poziome odcinki przebiegają tam i z powrotem przez sekcję promieniującą 10. Płaska wężownica 32 jest podtrzymywana w sekcji promieniującej 10 przez wiele podpór rury 40, przy czym podpory te umieszczone są wzdłuż rury 30 w pewnych od siebie odstępach, tworząc gniazda, w których spoczywa rura 30. Rurą 30, od jej wlotu 34 do wylotu 36 przepływa przez sekcję promieniującą 10 płyn technologiczny (w stanie ciekłym bądź gazowym). W przedstawionym wykonaniu wlot 34 umieszczony jest powyżej wylotu 36. Jednakże podstawy niniejszego wynalazku równie dobrze znajdują zastosowanie w innych konfiguracjach, takich jak wykorzystująca odwrotny kierunek przepływu płynu technologicznego.

Sekcja promieniująca 10 posiada również wiele palników, przy czym korzystnie część z nich jest podwieszona na platformie palników. Palniki umieszczone po obydwu stronach płaskiej wężownicy 32 podgrzewają ją (i jednocześnie przepływający przez rurę 30 w sekcji promieniującej płyn technologiczny).

PL 191 663 B1

Sekcja konwekcyjna 20 pieca 1 umieszczona jest za (w odniesieniu do przepływu gazów spalinowych) sekcją promieniującą 10i na wyższej niż ona wysokości. W sekcji konwekcyjnej 20 umieszczony jest zestaw ułożonych w zwojach rur konwekcyjnych 22, poddawany jest on działaniu gorących gazów spalinowych pochodzących z zachodzącego w sekcji promieniującej 10 procesu spalania. Gazy spalinowe opuszczają sekcję konwekcyjną 20 przez żelazny komin 60.

Figura 2 przedstawia schematycznie widok z boku na przekrój przedstawionego na fig. 1 pieca grzewczego. Widoczna jest sekcja promieniująca 10 posiadająca dno 11, ściany 12 i sklepienie 14, przy czym wszystkie te elementy wyłożone są odpowiednim materiałem ogniotrwałym 16. Można zauważyć, że w tym wykonaniu pieca 1 faktycznie istnieją dwa zwrócone tyłem do siebie, niemal identyczne piece 1a i 1b. Zalety takiego układu zostaną omówione później.

Jak widać na fig. 2, poziome odcinki rury 30 są w przybliżeniu pionowo „spiętrzone”, tworząc tym sposobem płaską wężownicę 32. Jeżeli w piecu 1 zastosowano sekcję konwekcyjną 20 (tak jak w przedstawionym wykonaniu), sekcja ta jest poziomo przesunięta względem płaskiej wężownicy 32. W sklepieniu 14 sekcji promieniującej 10 umieszczony jest wzdłużny otwór 18, do którego pasuje traktowana jako jedna całość płaska wężownica 32. Takie połączenie cech pozwala na instalację bądź usuwanie prefabrykowanej w postaci jednego elementu płaskiej wężownicy 32 przez wzdłużny otwór 18 w sklepieniu 14 sekcji promieniującej 10.

W celu dalszego ułatwienia usuwania/wprowadzania wężownicy, wszystkie umieszczone nad sekcją promieniującą 10 wzmocnienia konstrukcyjne 70 umocowane są w sposób pozwalający na ich odłączenie (tj. za pomocą śrub, sworzni itp.). Umożliwia to usunięcie wzmocnień konstrukcyjnych 70 podczas wprowadzania/usuwania płaskiej wężownicy 32. Ponieważ operacja wprowadzania/usuwania płaskiej wężownicy 32 nie może być przeprowadzana ani podczas pracy pieca 1ani podczas ciężkich warunków pogodowych, czasowe usunięcie wzmocnień 70 nie naraża na szwank pieca 1.

Korzystnie podpory 40 są podwieszone od góry. Ponieważ płaska wężownica 32 jest mocowana od góry, podniesienie rury tworzącej płaską wężownicę 32 za pomocą dźwigu lub innego mechanizmu podnoszącego jest względnie prostą operacją. Tak więc konstrukcja wykorzystująca mocowanie od góry dobrze nadaje się do instalacji i usuwania w całości rury tworzącej płaską wężownicę 32, przy czym operacja ta odbywa się w pionowym lub niemal pionowym kierunku przez wzdłużny otwór 18. Z praktycznego punktu widzenia, ponieważ podpory rury 40 są mocowane od góry, najefektywniejszy sposób podnoszenia i usuwania płaskiej wężownicy 32 opiera się na wykorzystaniu tych podpór 40. Tym sposobem podpory rury 40 i płaska wężownica 32 mogą być prefabrykowane i instalowane w całości przez wzdłużny otwór 18 w sklepieniu 14 sekcji promieniującej. Oczywiście rozmiar wzdłużnego otworu 18 musi być dostosowany do wymiarów takiego zespołu płaskiej wężownicy z podporami.

Konstrukcja podpór rury 40 wykorzystująca mocowanie od góry posiada jeszcze inne niż zalety wymienione powyżej. Istotna zaleta wynika z zasady, że jeżeli stojak podtrzymujący określoną masę poddawany jest rozciąganiu a nie ściskaniu, może mieć on znacznie mniejszy przekrój poprzeczny. Tak więc mocowane od góry podpory rury 40 mogą mieć znacznie zmniejszone wymiary w porównaniu do podpór mocowanych od dołu. Biorąc pod uwagę koszt wykorzystywanej w sekcji promieniującej 10 pieca 1 stali wysokostopowej, zmniejszony przekrój poprzeczny i wydłużona trwałość podpór 40 może oznaczać znaczące oszczędności. Ponadto zmniejszone rozmiary i waga podpór rury 40 dodatkowo ułatwiają instalację i usuwanie płaskiej wężownicy 32 przez wzdłużny otwór 18.

Dodatkową korzystną cechą przedmiotu wynalazku jest to, że podpory rury 40 mogą być zaprojektowane (tak jak to opisano powyżej) w sposób umożliwiający usunięcie i wymianę przez wzdłużny otwór 18 jednej podpory 40 bez zmiany położenia płaskiej wężownicy 32 w sekcji promieniującej 10 pieca 1. Zapewnia to znaczne ograniczenie czasu i kosztów wymiany zużytej podpory rury 40. Ponieważ podpory rury 40 są konstrukcyjnie nadmiarowe (tj. wytrzymują obciążenie ciężarem płaskiej wężownicy 32 w przypadku uszkodzenia dowolnej z podpór rury 40),w czasie usuwania i wymiany jednej z podpór rury 40 płaska wężownica 32 może być czasowo podtrzymywana przez pozostałe podpory 40.

Każda z podpór rury 40 korzystnie posiada przynajmniej jeden pionowy słupek 42, od którego odchodzi wiele ramion podtrzymujących 44 tworzących gniazda, w których podparte są odcinki 30 rury tworzącej płaską wężownicę 32. Słupek 42 może mieć dowolną, znaną w obecnym stanie techniki postać taką jak belka dwuteowa, ceownik itp., lecz korzystnie posiada on kształt rury, najkorzystniej jest to rura odlewana odśrodkowo - dzięki temu ma on większą wytrzymałość i odporność na zniszczenie w ciężkich warunkach panujących we wnętrzu pieca. Ramiona 44 korzystnie są przymocowane do słupka 42 w sposób umożliwiający ich odłączenie. Po odłączeniu ramion 44 od słupków 42, słupki te mogą być niezależnie od płaskiej wężownicy 32 podniesione do góry przez wzdłużny otwór 18

PL 191 663 B1 w sklepieniu 14 sekcji promieniującej 10. Umożliwia to usuwanie i wymianę pojedynczych słupków 42, pozostawiając płaską wężownicę 32 nietkniętą w swoim położeniu w piecu 1.

Jedno z wykonań podpory rury 40 przedstawione jest na fig. 2 i 4. Podpora ta posiada umieszczone po jej przeciwnych stronach dwa równoległe, rurowe słupki 42 podtrzymujące pojedynczą, płaską wężownicę 32. Pomiędzy słupkami 42 umieszczonych jest wiele szczebli 44a, na których opiera się płaska wężownica 32 (na fig. 2 szczeble 44a i 44b widoczne są jedynie w dolnej i górnej części słupków 42, lecz w rzeczywistości szczeble 44a rozmieszczone są na całej długości słupków 42). Szczeble 44a mogą mieć dowolną odpowiednią postać, taką jak lite, prostokątne pręty lub tuleje rurowe, lecz korzystnie są to lite, okrągłe pręty.

Materiał, z którego wykonane są słupki 42 i szczeble 44a dostosowany jest do typu pieca 1 i występujących w nim temperatur. W przypadku pieca 1 przeznaczonego do krakowania EDC słupki 42 (oraz korzystnie szczeble 44a) powinny być wykonane ze stali stopowej zawierającej chrom i/lub nikiel, przy czym korzystnie zawiera ona przynajmniej 25% chromu i/lub 20% niklu. Jednym z odpowiednich stopów jest HK40, austenityczna stal nierdzewna. Mogą być wykorzystane również inne znane w obecnym stanie techniki materiały, które posiadają podobne lub lepsze parametry wytrzymałości cieplnej. W zastosowaniach, w których występują wyższe temperatury lub większe obciążenia może wystąpić konieczność zastosowania stopów o podwyższonych parametrach. Grubości słupków 42 i szczebli 44a uzależnione są od takich wielkości jak wysokość i szerokość płaskiej wężownicy 32 i mogą być łatwo określone przez fachowców w tej dziedzinie.

Korzystnie szczeble 44a przymocowane są do słupka 42 w sposób umożliwiający ich odłączenie. W przedstawionym wykonaniu każdy ze szczebli 44a przechodzi przez naprzeciwległe otwory w obydwóch słupkach 42. W celu utrzymania każdego ze szczebli 44a w pożądanym położeniu, mogą one być wyposażone w na przykład zawleczki 46. Szczeble 44a mogą być przymocowane do słupków 42 w inny sposób, przykładowo za pomocą gwintowanych nakrętek lub przyspawanych podkładek. Jak wspomniano powyżej, zastosowanie szczebli 44a mocowanych w sposób umożliwiający ich odłączenie umożliwia na niezależne usuwanie i wymianę słupków 42 przez wzdłużny otwór 18 w sklepieniu 14 sekcji promieniującej 10, bez usuwania lub zmiany położenia płaskiej wężownicy 32.

Jak zauważono powyżej, słupki 42 korzystnie są zawieszone od góry. Korzystne jest umieszczenie wykorzystywanej jako główną podporę nośną konstrukcji (niezależnie od jej wykonania) poza sekcją promieniującą 10, ponieważ wysokie temperatury występujące w sekcji promieniującej 10 mogą obniżyć granicę plastyczności materiałów wykorzystanych do wykonania podpory. Korzystne jest również przymocowanie słupków 42 w taki sposób, by umożliwiał on wyjęcie płaskiej wężownicy 32 i/lub słupków 42, o ile zachodzi taka potrzeba. A zatem korzystne jest by każdy ze słupków 42 w swoim funkcjonalnym położeniu wystawał przez wzdłużny otwór 18, przez który może być usunięta płaska wężownica 32, zaś główna podpora nośna słupka 42 była umieszczona na tej jego części, która znajduje się powyżej wzdłużnego otworu 18. Figury 3 - 5 przedstawiają korzystny układ, który spełnienia powyższe założenia.

Na górnym końcu słupka 42 lub w jego pobliżu umieszczony jest występ 80. Występ 80 powinien rozciągać się poprzecznie od słupka 42 w przynajmniej dwóch przeciwnych kierunkach. Występ 80może być wykonany w różny sposób, na przykład jako kołnierz lub przetyczka umieszczona na końcu słupka 42, lecz w korzystnym wykonaniu występ 80 jest parą zespołów uchwytowych 82 przyspawanych do słupka 42. W wykonaniach przedstawionych na fig. 3 - 5, każdy z zespołów uchwytowych 82 posiada pionowy element usztywniający 84 i poziomą płytkę 86 przymocowaną do podstawy elementu usztywniającego 84. Przedstawiony pionowy element usztywniający 84 jest trójkątną płytką, której dwie krawędzie 84a i 84b przyspawane są odpowiednio do słupka 42 i poziomej płytki 86. Pozioma płytka 86 posiada zakrzywioną krawędź 86a, która również jest przyspawana do słupka 42.

Piec 1 posiada powierzchnię podtrzymującą, na której opiera się występ 80. Powierzchnię podtrzymującą mogą tworzyć szyny 90 określające krawędzie wzdłużnego otworu 18, przez który przechodzi słupek 42. Jednakże szyny 90 muszą być na tyle od siebie oddalone, by wzdłużny otwór 18 był wystarczająco szeroki by możliwe było przejście przez niego całego zespołu płaskiej wężownicy 32 (tj. płaskiej wężownicy 32 i słupków 42). Tak więc jeżeli powierzchnię podtrzymującą tworzą szyny 90, występ 80 musi być zdolny do podtrzymywania słupka 42 (i podtrzymywanej za jego pośrednictwem płaskiej wężownicy 32) i wytrzymania znacznego momentu działającego na powstałą tym sposobem dźwignię. Dlatego też korzystne jest umieszczenie powierzchni podtrzymującej bliżej każdej ze stron słupka 42. Można to osiągnąć przez zastosowanie mostkowych elementów podtrzymujących 92 przecinających wzdłużny otwór 18 po każdej ze stron słupka 42. W korzystnym wykonaniu, każdy z mostPL 191 663 B1 kowych elementów podtrzymujących 92 ma postać ceownika otwartego od strony słupka 42. Jedno z ramion ceownika 92a spoczywa na szynach 90 po każdej ze stron wzdłużnego otworu 18, drugie ramię ceownika 92b zapewnia powierzchnię podtrzymującą dla zespołów uchwytowych 82.

Podczas pracy pieca 1 płaska wężownica 32 rozszerza się i kurczy wraz ze zmianami temperatury, powodując lokalne wzdłużne przemieszczenia rur 30 względem słupków 42. W celu stabilizacji płaskiej wężownicy 32 oraz uniknięcia nagłych i niszczących przeskoków lub zakleszczeń, dolne i górne końce słupków 42 korzystnie są przymocowane, tak aby uniknąć ich przesuwania się na boki. Na górnych końcach słupków 42 można to osiągnąć przez ześrubowanie zespołów uchwytowych 82 z mostkowymi elementami podtrzymującymi 92, oraz ześrubowanie mostkowych elementów podtrzymujących 92 z szynami 90. Dolne końce słupków 42 mogą być unieruchomione przez zastosowanie kołków prowadzących 48 współpracujących z rurowymi otworami prowadzącymi 49 w dnie 11 sekcji promieniującej 10 pieca 1, tak jak to przedstawiono na fig. 6. Kołki prowadzące 48 mogą swobodnie poruszać się w płaszczyźnie pionowej w otworach prowadzących 49 umożliwiając termiczne rozszerzanie się i kurczenie płaskiej wężownicy 32, ograniczając jednocześnie ich ruch w płaszczyźnie poziomej. Układ taki umożliwia jednocześnie na łatwe podnoszenie słupków 42 z dna pieca 1, zarówno wraz z płaską wężownicą 32 jak i bez niej.

Ponieważ korzystne jest ograniczenie bocznych ruchów słupków 42 podczas rozszerzania się i kurczenia rur 30, względne poruszanie się rur 30 powoduje przekazywanie podporom rury 40 pewnych sił tarcia. Grubość i materiały użyte do wykonania podpór rury 40 powinny być tak dobrane, by podpory wytrzymały działanie tych sił tarcia -jest to oczywiste dla fachowców w tej dziedzinie.

Pomimo że podczas pracy pieca 1 nie jest konieczne wyposażenie wzdłużnego otworu 18 w hermetyczną uszczelkę, ze względu na utrzymanie efektywności pieca korzystne jest ograniczenie do minimum przepływu powietrza przez wzdłużny otwór 18. Można to osiągnąć przez zastosowanie szeregu płytek zamykających 94, których spodnie powierzchnie są izolowane. Para płytek zamykających 94 posiada kształt odpowiadającej każdej z podpór rury 40, przy czym płytki te mogą być ze sobą połączone w dowolny sposób, na przykład za pomocą płaskownika łączącego ich powierzchnie przylegania 94a. Płytki zamykające 94 mogą być ześrubowane z dolną powierzchnią mostkowych elementów podtrzymujących 92.

Zespoły uchwytowe 82, mostkowe elementy podtrzymujące 92 i płytki zamykające 94 mogą być wykonane z odpowiedniej stali konstrukcyjnej, takiej jak na przykład konstrukcyjna stal węglowa ASTM A36. Jeżeli ciężar lub temperatura tego wymagają, przenoszące większość obciążenia zespoły uchwytowe 82 mogą być wykonane z bardziej wytrzymałych materiałów, takich jak na przykład stal chromowa 1¼ lub 2¼ - jest to oczywiste dla fachowców w tej dziedzinie.

W przedstawionym na fig. 7 i 8 innym wykonaniu, podporarury 40 posiada pojedynczy słupek 42 wykonany podobnie jak w poprzednich wykonaniach. Słupek 42 podtrzymuje umieszczony z obu jego stron płaskie wężownice 32 (tak zwany układ „double-pass”). Przedstawione na fig. 7 i 8 podpory rury 40 posiadają dwa szeregi odlewanych haków 44b przymocowanych do przeciwnych stron słupka 42, haki te dźwigają ciężar płaskich wężownic 32. Podobnie jak zastosowane w poprzednich wykonaniach szczeble 44a, haki 44b powinny być przymocowane do słupka 42 w sposób umożliwiający ich odłączenie. Przykładowo hak 44b może albo opasywać albo wchodzić do słupka 42, przy czym jest on zakotwiczony w pożądanym położeniu za pomocą kołka 47 przechodzącego na wylot przez hak 44b i słupek 42. Na jednym lub obydwu końcach kołka 47 mogą być umieszczone zawleczki (tu nie pokazane) utrzymujące kołek we właściwym położeniu.

Pozostałe cechy podpory rury 40, opisane w odniesieniu do wykonań przedstawionych na fig. 2-6,są takie same również w tym wykonaniu.

Tak jak opisano powyżej, sekcja konwekcyjna 20 jest odsunięta od promieniującej płaskiej wężownicy 32. Sekcja konwekcyjna 20 powinna być odsunięta na odległość wystarczającą, by płaska wężownica 32 i/lub słupki 42 mogły być wprowadzane i usuwane przez wzdłużny otwór 18 bez uderzania o sekcję konwekcyjną 20. Z praktycznego punktu widzenia korzystne jest, by sekcja konwekcyjna 20 była całkiem odsunięta od sekcji promieniującej 10, tak jak jest to widoczne na fig. 2. W przypadku zastosowania takiego układu, sekcja konwekcyjna 20 jest połączona z sekcją promieniującą 10 za pomocą kanałów łącznikowych 24. Oprócz wspomagania przepływu gazów spalinowych do sekcji konwekcyjnej 20, układ taki umożliwia zastosowanie osobnych modularnych konstrukcji oraz niezależnego montażu sekcji konwekcyjnej 20 i sekcji promieniującej 10.

Na fig. 2 i 7 przedstawiony jest dodatkowy i niezależny aspekt przedmiotu wynalazku, znajdujący zastosowanie szczególnie w przypadku pieców o większych pojemnościach. Dwa zwrócone tyłem

PL 191 663 B1 do siebie, niemal identyczne piece 1a i 1b mogą pracować równolegle. Jest to szczególnie przydatne przy projektowaniu pieców 1a, 1b posiadających odsuniętą sekcję konwekcyjną 20. Dzięki umieszczeniu pieców 1a i 1b wraz z ich sekcjami konwekcyjnymi 20 tak by przylegały do siebie, mogą się one wzajemnie stabilizować konstrukcyjnie. Pozwala to na zmniejszenie ilości stali konstrukcyjnej wykorzystywanej do wykonania każdego z pieców 1a i 1b w porównaniu do ilości stali potrzebnej do wykonania pieców wolnostojących.

Układ dwóch pieców posiada ogromną przewagę w przypadku wykorzystywania go w procesach takich jak krakowanie EDC, gdzie niezbędne jest czasowe wyłączanie pieców i usuwanie z nich miału węglowego. Dzięki wykorzystaniu dwóch funkcjonalnie od siebie niezależnych jednostek (w przeciwieństwie do konwencjonalnych pieców, które posiadają oddzielne sekcje promieniujące lecz wspólną sekcje konwekcyjną) istnieje możliwość pracy jednego z pieców, podczas gdy drugi jest wyłączony w celu usunięcia miału węglowego lub innych czynności.

Korzystne jest również zastosowanie w piecu 1 konstrukcji typu „Terracce Wall™”, widocznej na fig. 2 i 7. Szczegóły tej konstrukcji przedstawione są w patentach USA nr 3 230 052, 3 265 043, 3 302 621, 3 348 923 i 4 955 323, włączonych w całości do niniejszego opisu jako źródła literaturowe. Konstrukcja ta posiada kilka zalet. Palniki umieszczone na platformie palników działają do góry w kierunku nachylonej ogniotrwałej ściany 12 sekcji promieniującej, zapewniając równomierne i symetryczne ogrzewanie płaskiej wężownicy promieniującej 32. Równomierne ogrzewanie ogranicza powstawanie koksu na płaskiej wężownicy 32, co z kolei zwiększa jej żywotność. Brak płomieni działających bezpośrednio na rurę 30 również zwiększa żywotność płaskiej wężownicy 32. Ponadto mniejsza niż w piecu z płaską ścianą jest wymagana liczba palników, czego skutkiem jest łatwiejszy rozruch i prostsza konserwacja pieca. Zmniejsza to również koszty stosowania korzystnego w przypadku krakowania EDC opalania „strefowego” oraz wpływa korzystnie na żywotność prowadzących do komory spalania kanałów zapewniających wymuszony ciąg powietrza, co również zwiększa żywotność pieca. Mniejsza jest również liczba wymaganych rzędów palników, co upraszcza konstrukcję platform palników, i tym samym ułatwia dostęp w celu konserwacji lub innych czynności.

Poniżej, w oparciu o wykonanie przedstawione na fig. 2-6, zostanie opisana przykładowa operacja usunięcia płaskiej wężownicy 32. Najpierw odkręcone zostają śruby mocujące odłączalne wzmocnienia konstrukcyjne 70 i płytki zamykające 94, elementy te zostają następnie usunięte. Odkręcone zostają śruby mocujące ze sobą zespoły uchwytowe 82 i mostkowe elementy podtrzymujące 92, tak że ciężar podpór rury 40 i płaskiej wężownicy 32 w dalszym ciągu jest utrzymywany przez zespoły uchwytowe 82, lecz teraz zespoły te spoczywają swobodnie na mostkowych elementach podtrzymujących 92. Wtym momencie słupki 42 i/lub płaska wężownica 32 podwieszane są na dźwigu lub podobnym urządzeniu i nieznacznie unoszone, tak że ich ciężar już nie spoczywa na mostkowych elementach podtrzymujących 92. Odkręcane są śruby mocujące mostkowe elementy podtrzymujące 92 i elementy te są usuwane. W tym momencie płaska wężownica 32 i podpory rury 40 mogą być podniesione przez wzdłużny otwór 18.

W celu usunięcia słupka 42, a pozostawienia na swoim miejscu płaskiej wężownicy 32 odczepiane są i usuwane szczeble 44a. Jeżeli jest to konieczne, mogą być najpierw odkręcone śruby mocujące ze sobą zespoły uchwytowe 82 i mostkowe elementy podtrzymujące 92, zaś część słupków 42 (lecz nie ten, który jest usuwany) i/lub płaska wężownica 32 mogą zostać podwieszone na dźwigu lub podobnym urządzeniu i nieznacznie uniesione, tak że ich ciężar nie spoczywa już na szczeblach 44a usuwanego słupka 42. Po odczepieniu i usunięciu ze słupka 42 szczebli 44a, słupek 42 może zostać podniesiony przez wzdłużny otwór 18, przy czym płytki zamykające 94 i mostkowe elementy podtrzymujące 92 pozostają na swoim miejscu.

Chociaż przedmiot wynalazku opisany został w odniesieniu do wykonań uznawanych obecnie za korzystne, należy rozumieć, że przedmiot wynalazku nie jest przedstawionymi wykonaniami ograniczony. Przeciwnie, przedmiot wynalazku obejmuje różnorodne modyfikacje i równoważne układy, których część została omówiona powyżej, zawarte w duchu i zakresie zastrzeżeń patentowych. Dlatego też zakres poniższych zastrzeżeń patentowych powinien być rozpatrywany zgodnie z ich najszerszą rozsądną interpretacją, tak by zastrzeżenia te obejmowały wszystkie modyfikacje oraz równoważne konstrukcje i funkcje.

Claims (19)

Zastrzeżenia patentowe

1. Piec grzewczy zawierający sekcję promieniującą posiadającą ściany i sklepienie, umieszczoną w sekcji promieniującej rurę wymiany ciepła promieniowania posiadającą wlot i wylot, przez które płyn technologiczny może być odpowiednio wprowadzany i odprowadzany z sekcji promieniującej, przy czym pomiędzy wlotem i wylotem rura ułożona jest w położeniu poziomym, oraz wiele palników, z czego przynajmniej dwa palniki umieszczone są po przeciwległych stronach rury, i wiele podpór umieszczonych wzdłuż rury w pewnych od siebie odstępach, znamienny tym, że sklepienie (14) posiada wzdłużny otwór (18); podpory (40) są przymocowane odłączalnie oraz tworzą gniazda, w których spoczywają odcinki rury (30), przy czym rura (30) i podpory (40) umieszczone są w sposób pozwalający na uniesienie ich jako całości przez wzdłużny otwór (18) w sklepieniu (14) sekcji promieniującej (10).

2. Piec grzewczy według zastrz. 1, znamienny tym, że odcinki rury (30) są umieszczone równolegle i w linii prostej jeden nad drugim, przy czym każda podpora (40) rury posiada umieszczony pionowo słupek (42).

3. Piec grzewczy według zastrz. 2, znamienny tym, że odcinki rury (30) umieszczone są pod wzdłużnym otworem (18) w sklepieniu (14) sekcji promieniującej (10).

4. Piec grzewczy według zastrz. 1, znamienny tym, że każda z podpór (40) rury posiada umieszczony pionowo słupek (42) oraz wiele ramion podtrzymujących, przy czym ramiona podtrzymujące tworzą gniazda, w których spoczywa rura i są odłączalnie przymocowane do słupka (42).

5. Piec grzewczy według zastrz. 1, znamienny tym, że podpory (40) rury są odłączalnie zawieszone nad odcinkami rury (30) w sekcji promieniującej (10).

6. Piec grzewczy według zastrz. 5, znamienny tym, że każda z podpór (40) rury jest pod odcinkami rury (30) zabezpieczona przed poruszaniem się na boki.

7. Piec grzewczy według zastrz. 5, znamienny tym, że każda z podpór (40) rury posiada górny koniec wystający przez wzdłużny otwór (18) w sklepieniu (14).

8. Piec grzewczy według zastrz. 7, znamienny tym, że każda z podpór (40) rury posiada dodatkowo występ przymocowany do górnego końca słupka (42), położony nad sekcją promieniującą (10), przy czym podpora (40) rury jest na tym występie zawieszona.

9. Piec grzewczy według zastrz. 8, znamienny tym, że posiada dodatkowo mostkowy element podtrzymujący rozłączalnie przymocowany poprzecznie we wzdłużnym otworze (18) w sklepieniu (14) sekcji promieniującej (10), przy czym podpora (40) jest zawieszona poprzez osadzenie występu na mostkowym elemencie podtrzymującym.

10. Piec grzewczy według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada dodatkowo sekcję konwekcyjną (20), w której umieszczona jest rura wymiany ciepła konwekcji, przy czym sekcja konwekcyjna (20) umieszczona jest powyżej rury i jest od niej odsunięta w kierunku poziomym.

11. Piec grzewczy według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada dwie sekcje promieniujące (10), dwie rury (30), gdzie każda rura (30) umieszczona jest w innej sekcji promieniującej (10), dwa zestawy palników (50), gdzie każdy zestaw palników (50) umieszczony jest w innej sekcji promieniującej (10), dwa zestawy podpór (40) rury, gdzie każdy zestaw podpór rury umieszczony jest w innej sekcji promieniującej (10), oraz dwie sekcje konwekcyjne (26), gdzie każda sekcja konwekcyjna (26) połączona jest z inną sekcją promieniującą i umieszczona powyżej umieszczonej w tej sekcji rury oraz od niej odsunięta w kierunku poziomym, przy czym obie sekcje konwekcyjne przylegają do siebie.

12. Piec grzewczy według zastrz. 1, znamienny tym, że odcinki rury (30) są równoległe i umieszczone poziomo tworząc płaską wężownicę (32) umieszczoną w pod wzdłużnym otworem (18) w sklepieniu (14) sekcji promieniującej (10); przy czym po przeciwległych stronach płaskiej wężownicy (32) umieszczone są co najmniej dwa palniki; podpory (40) posiadają pionowo słupki (42) i wystające z nich ramiona podtrzymujące, na których spoczywają odcinki rury (30), tak że podpory (40) rury podtrzymują płaską wężownicę (32), zaś płaska wężownica (32) wraz z podporami (40) umieszczone są w sposób pozwalający na uniesienie ich jako całości przez wzdłużny otwór (18) w sklepieniu (14) sekcji promieniującej (10).

13. Piec grzewczy według zastrz. 1, znamienny tym, że podpory (40) rur są odłączalnie zawieszone nad płaską wężownicą (32) w sekcji promieniującej (10).

14. Piec grzewczy według zastrz. 13, znamienny tym, że każda z podpór (40) jest pod płaską wężownicą (30) zabezpieczona przed poruszaniem się na boki.

PL 191 663 B1

15. Piec grzewczy według zastrz. 13, znamienny tym, że każda z podpór (40) posiada górny koniec wystający przez wzdłużny otwór (18) w sklepieniu (14).

16. Piec grzewczy według zastrz. 15, znamienny tym, że każda z podpór (40) rury posiada dodatkowo występ przymocowany do górnego końca słupka (42), tak że występ położony jest nad sekcją promieniującą (10), przy czym podpora (40) rury jest zawieszona na tym występie.

17. Piec grzewczy według zastrz. 16, znamienny tym, że posiada dodatkowo mostkowy element podtrzymujący, odłączalnie, poprzecznie przymocowany we wzdłużnym otworze (10) w sklepieniu (14) sekcji promieniującej (10), przy czym podpora (40) jest zawieszona poprzez osadzenie występu na mostkowym elemencie podtrzymującym.

18. Piec grzewczy według zastrz. 12, znamienny tym, że posiada dodatkowo sekcję konwekcyjną (20), w której umieszczona jest rura wymiany ciepła konwekcji, przy czym sekcja konwekcyjna (20) umieszczona jest powyżej rury i jest od niej odsunięta w kierunku poziomym.

19. Piec grzewczy według zastrz. 12, znamienny tym, że posiada dwie sekcje promieniujące (10), dwie rury, gdzie każda rura umieszczona jest w innej sekcji promieniującej (10), dwa zestawy palników (50), gdzie każdy zestaw palników (50) umieszczony jest w innej sekcji promieniującej (10), dwa zestawy podpór (40) rury, gdzie każdy zestaw podpór rury umieszczony jest w innej sekcji promieniującej (10), oraz dwie sekcje konwekcyjne (20), gdzie każda sekcja konwekcyjna (20) połączona jest z inną sekcją promieniującą (10) i umieszczona powyżej umieszczonej w tej sekcji rury oraz od niej odsunięta w kierunku poziomym, przy czym obie sekcje konwekcyjne (20) przylegają do siebie.