PL199124B1 - Wytwornica pary - Google Patents

Abstract

Wytwornica pary (1, 1', 1"), w której w kanale gazu grzejnego (6) przep lywanym przez gaz grzejny w przybli ze- niu w kierunku poziomym (x) jest umieszczona przep lywo- wa powierzchnia grzejna (8, 10, 12), która obejmuje pewn a liczb e rur wytwornicy pary (22, 50, 60) po laczonych równo- legle do przep lywu medium przep lywowego (W) i która jest zbudowana w ten sposób, ze jedna bardziej ogrzewana rura wytwornicy pary (22, 50, 60) w porównaniu z drug a rur a wytwornicy pary (22, 50, 60) tej samej przep lywowej powierzchni grzejnej (8, 10, 12) ma w porównaniu z drug a rur a wytwornicy pary (22, 50, 60) wi eksz a zdolno sc przepu- stow a medium przep lywowego (W), wed lug wynalazku powinna by c wytwarzana przy szczególnie niskich kosztach i mie c szczególnie wysok a stabilnosc przy ró znych obci a- zeniach cieplnych. W tym celu co najmniej jedna rura wy- twornicy pary (22, 50, 60) sk lada si e z umieszczonego w przybli zeniu pionowo odcinka rury spadowej (34, 52, 62, 64) przep lywanego przez medium przep lywowe (W) w kierunku z pr adem i do laczonego do niego od strony medium przep ly- wowego, umieszczonego w przybli zeniu pionowo odcinka rury wzno snej (36, 54, 66, 68) przep lywanego przez me- dium przep lywowe (W) w kierunku pod pr ad. PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wytwornica pary, w której w kanale gazu grzejnego przepływanym przez gaz grzejny w przybliżeniu w kierunku poziomym jest umieszczona przepływowa powierzchnia grzejna, która składa się z pewnej liczby rur wytwornicy pary połączonych równolegle do przepływu medium przepływowego i ma postać, w której jedna bardziej ogrzewana rura wytwornicy pary, w porównaniu z drugą rurą wytwornicy pary tej samej przepływowej powierzchni grzejnej, ma większą zdolność przepustową medium przepływowego.

W znanych instalacjach z turbiną parową i z turbiną gazową ciepło, zawarte w rozprężonym czynniku roboczym lub gazie grzejnym z turbiny gazowej, jest wykorzystywane do wytwarzania pary dla turbiny parowej. Przenoszone ciepło pochodzi z ciepła odpadowego w wytwornicy pary dołączonej do turbiny gazowej, w której zwykle jest umieszczona pewna liczba powierzchni grzejnych do podgrzewania wody, do wytwarzania i przegrzewania pary. Powierzchnie grzejne są włączone do obiegu wody i pary turbiny parowej. Obieg wody i pary obejmuje zwykle kilka, na przykład trzy stopnie ciśnienia, przy czym każdy ze stopni ciśnienia może posiadać powierzchnię grzejną parownika.

W wytwornicy pary, dołączonej do turbiny gazowej od strony gazu grzejnego, jako wytwornica pary z gazu odpadowego wchodzi w rachubę kilka alternatywnych koncepcji konstrukcyjnych, mianowicie wykonanie wytwornicy pary jako obiegowej wytwornicy pary lub jako przepływowej wytwornicy pary. W przepływowej wytwornicy pary ogrzewanie rur wytwornicy, przewidzianych jako rury parownika, prowadzi do odparowania medium przepływowego w rurach wytwornicy pary w wyniku jednokrotnego przepływu. W przeciwieństwie do tego, w wytwornicy pary z obiegiem naturalnym lub w wytwornicy pary z obiegiem wymuszonym woda prowadzona w obiegu podczas przepływu przez rury parownika odparowuje tylko w części. Nie odparowana przy tym woda, po oddzieleniu wytworzonej pary, w celu dalszego odparowywania zostaje ponownie doprowadzona do tych samych rur parownika.

Przepływowa wytwornica pary w przeciwieństwie do wytwornicy pary z obiegiem naturalnym lub wytwornicy pary z obiegiem wymuszonym nie podlega ograniczeniu ciśnienia, tak że możliwe są ciśnienia świeżej pary znacznie wyższe niż krytyczne ciśnienie wody (p_Kri « 221 bar) - w którym występują tylko niewielkie różnice gęstości pomiędzy medium podobnym do cieczy i medium podobnym do pary. Wysokie ciśnienie świeżej pary sprzyja wysokiej sprawności cieplnej, a więc niższej emisji CO2 z elektrowni ogrzewanej surowcem kopalnym. Ponadto, przepływowa wytwornica pary w porównaniu z obiegową wytwornicą pary posiada prostszą budowę, a więc jest produkowana przy szczególnie niskich kosztach. Dlatego zastosowanie wytwornicy pary wykonanej według zasady przepływu jako wytwornicy pary z ciepła odpadowego w instalacji z turbiną gazową lub z turbiną parową przy prostszej budowie jest szczególnie korzystne dla uzyskania wysokiej całkowitej sprawności instalacji z turbiną gazową lub z turbiną parową.

Szczególne korzyści w aspekcie kosztów produkcji, ale także w aspekcie niezbędnych prac konserwacyjnych zapewnia wytwornica pary z ciepła odpadowego o konstrukcji leżącej, w której medium ogrzewające lub gaz grzejny, a więc spaliny z turbiny gazowej są prowadzone przez wytwornicę pary w przybliżeniu w kierunku poziomym. W przepływowej wytwornicy pary o konstrukcji leżącej rury wytwornicy pary, powierzchnie grzejne zależnie od swojego pozycjonowania mogą być jednakże narażone na bardzo zróżnicowane ogrzewanie. W szczególności w wypadku rur wytwornicy pary połączonych od strony wylotu ze wspólnym kanałem zbiorczym, zróżnicowane ogrzewanie poszczególnych rur wytwornicy pary może prowadzić do łączenia strumieni pary o silnie różniących się parametrach pary, a więc do niepożądanych strat sprawności, zwłaszcza do stosunkowo mniejszej skuteczności odpowiedniej powierzchni grzejnej i w wyniku tego zmniejszonego wytwarzania pary. Zróżnicowane ogrzewanie sąsiednich rur wytwornicy pary, w szczególności w obszarze ujścia kanału zbiorczego może poza tym prowadzić do uszkodzeń rur wytwornicy pary lub kanału zbiorczego. Pożądane jako takie zastosowanie dla turbiny gazowej przepływowej wytwornicy pary o konstrukcji leżącej jako wytwornicy pary z ciepła odpadowego może nieść ze sobą znaczne problemy związane z dostatecznie ustabilizowanym prowadzeniem przepływu.

Z europejskiego opisu zgłoszeniowego nr EP 0 944 801 B1 znana jest wytwornica pary, która jest odpowiednia dla konstrukcji leżącej i ponadto ma wspomniane zalety przepływowej wytwornicy pary. W tym celu znana wytwornica pary, co się tyczy jej przepływowej powierzchni grzejnej jest zaprojektowana w ten sposób, że jedna bardziej ogrzewana rura wytwornicy pary w porównaniu z drugą rurą wytwornicy pary tej samej przepływowej powierzchni grzejnej posiada większą zdolność przepustową medium przepływowego w porównaniu z drugą rurą wytwornicy pary. Przepływowa powierzchPL 199 124 B1 nia grzejna znanej wytwornicy pary wykazuje więc w ten sposób charakterystykę przepływu powierzchni grzejnej parownika o obiegu naturalnym (charakterystykę obiegu naturalnego) w wypadku występującego zróżnicowanego ogrzewania poszczególnych rur wytwornicy pary o właściwościach samostabilizujących, które bez wywierania wpływu z zewnątrz prowadzą do wyrównywania temperatur po stronie wylotowej także na różnie ogrzanych rurach wytwornicy pary równolegle połączonych od strony strumienia medium. Jednakże znana wytwornica pary ze względów konstrukcyjnych, w szczególności z uwagi na rozdział medium przepływowego po stronie wody i/lub po stronie pary jest stosunkowo droga. Ponadto między sąsiednimi rurami parownika mogą występować stanowiące problemy różnice wydłużeń, które mogą prowadzić do niedopuszczalnych naprężeń cieplnych i tym samym do uszkodzeń rur i kanałów zbiorczych.

Celem wynalazku jest opracowanie wytwornicy pary wspomnianego na wstępie rodzaju, która będzie mogła być produkowana przy niskich kosztach wytwarzania i która także przy zróżnicowanych obciążeniach cieplnych będzie miała szczególnie wysoką stateczność mechaniczną.

Wytwornica pary, w której w kanale gazu grzejnego przepływanym przez gaz grzejny w przybliżeniu w kierunku poziomym jest umieszczona przepływowa powierzchnia grzejna, która składa się z pewnej liczby rur wytwornicy pary połączonych równolegle do przepł ywu medium przepł ywowego i ma postać , w której jedna bardziej ogrzewana rura wytwornicy pary, w porównaniu z drugą rurą wytwornicy pary tej samej przepływowej powierzchni grzejnej, ma większą zdolność przepustową medium przepływowego, charakteryzuje się według wynalazku tym, że co najmniej jedna rura wytwornicy pary składa się z umieszczonego w przybliżeniu pionowo, przepływanego w kierunku z prądem przez medium przepływowe odcinka rury spadowej i dołączonego do niego od strony medium przepływowego, umieszczonego w przybliżeniu pionowo i przepływanego w kierunku pod prąd przez medium przepływowe odcinka rury wznośnej.

Korzystnie, odcinek rury spadowej każdej rury wytwornicy pary, patrząc w kierunku przepływu gazu grzejnego, jest umieszczony w kanale gazu grzejnego za przyporządkowanym mu odcinkiem rury wznośne, przy czym zwłaszcza odcinek rury spadowej co najmniej jednej rury wytwornicy pary jest połączony od strony medium przepływowego za pomocą odcinka przelotowego z przyporządkowanym mu odcinkiem rury wznośnej.

Korzystnie, każdy odcinek przelotowy jest umieszczony wewnątrz kanału gazu grzejnego i/lub co najmniej jedna rura wytwornicy pary obejmuje kilka połączonych nawzajem równolegle odcinków rur wznośnych dołączonych na kształt rozwidlenia od strony medium przepływowego od wspólnego odcinka rury spadowej do przepływu medium przepływowego.

Korzystnie, odcinki rur wznośnych i rur spadowych kilku rur wytwornicy pary pozycjonowane są względem siebie w ten sposób w kanale gazu grzejnego, że odcinkowi rury spadowej, patrząc w kierunku przepływu gazu grzejnego, położonemu stosunkowo daleko z tyłu jest przyporządkowany, patrząc w kierunku przepływu gazu grzejnego, stosunkowo daleko z przodu położony odcinek rury wznośnej.

Pewna liczba rur wytwornicy pary może obejmować kilka naprzemiennie połączonych jedna za drugą od strony medium przepływowego odcinków rur spadowych i odcinków rur wznośnych a do odcinka rury spadowej co najmniej jednej rury wytwornicy pary, od strony medium przepływowego, w przewód łączący od rozdzielacza głównego może być włączone szeregowo urządzenie dławiące.

Od strony gazu grzejnego wytwornica może mieć dołączoną szeregowo turbinę gazową.

Wynalazek wywodzi się z rozważań, że w wytwornicy pary, którą można produkować przy szczególnie niskich kosztach produkcji i montażu, przeznaczonej do szczególnie stabilnej i szczególnie niewrażliwej na różnice w obciążeniu cieplnym pracy, zasada doboru charakterystyki naturalnego obiegu zastosowana w znanej wytwornicy pary dla przepływowej powierzchni grzejnej powinna być konsekwentnie rozbudowana i dalej udoskonalona. Przepływowa powierzchnia grzejna powinna być zaprojektowana do zasilania przy stosunkowo niskim masowym wydatku jednostkowym i przy stosunkowo małej stracie ciśnienia spowodowanej tarciem.

W celu wsparcia skutecznej charakterystyki przepływu o obiegu naturalnym przewidziane jest rozdzielenie rur przepływowej powierzchni grzejnej wytwornicy pary na co najmniej dwa segmenty (równoległych rur), przy czym pierwszy segment zawiera wszystkie odcinki rur spadowych i jest przepływany w kierunku z prądem. Odpowiednio drugi segment zawiera wszystkie odcinki rur wznośnych i jest przepł ywany w kierunku pod prą d. W odcinkach rur spadowych pierwszego segmentu dział a wkład ciśnienia geodezyjnego, a więc zasadniczo ciężar słupa wody, zatem w kierunku przewidzianego przepływu i sprzyja temu przez dodatni wkład do zmiany ciśnienia wzdłuż drogi przepływu, a więc

PL 199 124 B1 przez wzrost ciśnienia. Jedynie w drugim segmencie lub odcinku rury spadowej wkład ciśnienia geodezyjnego działa przeciwnie do przewidzianego kierunku przepływu i dostarcza wkład do straty ciśnienia. Podsumowując, obydwa wkłady ciśnienia geodezyjnego mogą się zwiększyć; jest także możliwe, że wspomagający przepływ wkład ciśnienia geodezyjnego w pierwszym segmencie lub odcinku rury spadowej przewyższa hamujący przepływ wkład ciśnienia geodezyjnego w drugim segmencie lub w odcinku rury wznoś nej, tak ż e jak w systemie o naturalnym obiegu ogólnie wystę puje wkł ad ciś nienia powstrzymujący przepływ lub wspierający przepływ.

Jeżeli odcinek rury spadowej każdej rury wytwornicy pary w kanale grzejnym, patrząc w kierunku przepływu gazu grzejnego, jest umieszczony za przyporządkowanym mu odcinkiem rury wznośnej, to rury wytwornicy pary w kanale grzejnym są w ten sposób korzystnie pozycjonowane w przestrzeni, że, patrząc od strony medium przepływowego, pierwszy segment lub odcinek rury spadowej jest umieszczony z prądem od strony spalin, patrząc od strony medium przepływowego drugiego segmentu lub odcinka rury wznośnej. Przy takim rozmieszczeniu każdy odcinek rury wznośnej jest więc narażony na stosunkowo silniejsze ogrzewanie przez gaz grzejny niż przyporządkowany mu odcinek rury spadowej tej samej wytwornicy pary. Tym samym, względny wkład pary w medium hydraulicznym w odcinku rury wznośnej przewyższa znacznie względny wkład pary w medium hydraulicznym w odcinku rury spadowej, tak że wkład ciśnienia geodezyjnego, zasadniczo zapewniony przez ciężar słupa wody i pary w każdym odcinku rury jest w odcinku rury spadowej znacznie wyższy niż w przyporządkowanym mu odcinku rury wznośnej.

Możliwa jest do uzyskania prosta budowa przepływowej powierzchni grzejnej z jednej strony oraz szczególnie małe obciążenie mechaniczne przepływowej powierzchni grzejnej także przy zróżnicowanym zasilaniu cieplnym z drugiej strony dzięki temu, że w drugim lub alternatywnym korzystnym wykonaniu odcinek rury spadowej jednej lub każdej rury wytwornicy pary jest połączony z przyporządkowanym mu odcinkiem rury wznośnej od strony medium przepływowego za pomocą odcinka przelotowego. Przy takim wykonaniu odpowiednia rura wytwornicy pary posiada więc zasadniczo kształt litery U, w której ramiona są utworzone za pomocą odcinka rury wznośnej z jednej strony i odcinka rury spadowej z drugiej strony a łuk łączący je za pomocą odcinka przelotowego.

Takie rozmieszczenie nadaje się zwłaszcza do kompensacji wydłużeń przy zmieniającym się obciążeniu cieplnym; odcinek przelotowy łączący odcinek rury spadowej i odcinek rury wznośnej służy mianowicie jako łuk kompensacyjny, który bez trudności może kompensować względne wydłużenia odcinka rury wznośnej i/lub względne wydłużenia odcinka rury spadowej. Dzięki odcinkowi przelotowemu jest więc zapewniona zmiana kierunku rur wytwornicy pary w dolnym obszarze pierwszego stopnia parownika z bezpośrednim prowadzeniem dalej i ponowna zmiana kierunku w dolnym obszarze drugiego stopnia parownika utworzonego przez odcinki rur wznośnych.

Odcinek przelotowy może być ułożony wewnątrz kanału grzejnego lecz alternatywnie może on być także poprowadzony na zewnątrz kanału grzejnego, w szczególności wtedy gdy z uwagi na niezbędne ewentualne odwodnienie przepływowej powierzchni grzejnej do odcinka przelotowego powinien być przyłączony kolektor odwadniający.

W wypadku, gdy wspomagający przepływ wkład ciśnienia w odcinku rury spadowej wytwornicy pary w szczególnie dużym wymiarze przekracza utrudniający przepływ wkład ciśnienia w przyporządkowanym mu odcinku rury wznośnej, wynikający z tego odpływ medium przepływowego z odcinka rury spadowej do odcinka rury wznośnej mógłby przewyższyć dopływ od strony wlotowej medium przepływowego do odcinka rury spadowej. Dlatego rura wytwornicy pary lub każda rura wytwornicy pary z uwagi na jej bilans ciśnienia korzystnie jest zaprojektowana w ten sposób, że na ogół wspomagający przepływ wkład ciśnienia występujący w odcinku rury spadowej jest tylko ograniczony w odniesieniu do występującego w odcinku rury wznośnej wkładu ciśnienia hamującego przepływ.

W tym celu odcinek rury spadowej jednej lub każ dej rury wytwornicy pary korzystnie jest zaprojektowany dla dostatecznie wysokiej straty ciśnienia spowodowanej tarciem przepływającego medium przepływowego. Może to nastąpić dzięki odpowiedniemu zwymiarowaniu, w szczególności przekroju poszczególnych odcinków rur. Rura wytwornicy pary lub każda rura wytwornicy pary korzystnie składa się także z kilku równolegle nawzajem połączonych odcinków rur wznośnych dołączonych w rodzaju rozwidlenia od strony medium przepływowego do przepływu medium przepływowego od wspólnego odcinka rury spadowej. W alternatywnym lub innym korzystnym wykonaniu do odcinka rury spadowej rury wytwornicy pary lub każdej rury wytwornicy pary od strony medium przepływowego jest włączone szeregowo urządzenie dławiące, za pomocą którego w szczególności przy zasilaniu może być nastawiona indywidualna zdolność przepustowa odpowiedniego odcinka rury spadowej.

PL 199 124 B1

Rury wytwornicy pary mogą być wewnątrz kanału grzejnego połączone w rzędy rur, z których każdy składa się z kilku rur wytwornicy pary umieszczonych obok siebie pod kątem prostym do kierunku przepływu gazu grzejnego. W takim wykonaniu rury wytwornicy gazu korzystnie są prowadzone w ten sposób, ż e odcinki rur wznoś nych tworzące najsilniej ogrzewany rząd rur, a więc patrząc w kierunku przepływu gazu grzejnego pierwszy rząd rur jest przyporządkowany najsłabiej ogrzewanemu lub, patrząc w kierunku przepływu gazu grzejnego, ostatniemu rzędowi odcinków rur spadowych. Dzięki pozycjonowaniu, które pod względem przestrzennym zasadniczo odpowiada układowi polegającemu na wsunięciu jedna w drugą kilku rur wytwornicy pary w kształcie litery U, stosunkowo silnie ogrzewane odcinki rur wznośnych są zasilane za pomocą stosunkowo słabo podgrzanego medium przepływowego wypływającego z odcinków rur spadowych.

Reasumując, właśnie wkład wspomagającego przepływ ciśnienia geodezyjnego w stosunkowo silnie ogrzewanych odcinkach rur wznośnych jest szczególnie duży dzięki włączonemu szeregowo odcinkowi rury spadowej, tak że samoczynnie następuje szczególnie silne dodatkowe zasilanie medium hydraulicznym z przyporządkowanego odcinka rury spadowej. Samoczynne dodatkowe zasilanie z przyporządkowanego odcinka rury spadowej następuje wię c w tym wypadku właśnie dla silnie ogrzanych rur, tak że w szczególnym stopniu jest wzmocniona pożądana charakterystyka przepływu o obiegu naturalnym.

W celu przygotowania wkł adu ciś nienia geodezyjnego wspomagają cego przepł yw w odpowiedniej rurze wytwornicy pary, odpowiednia rura wytwornicy pary może być ukształtowana w ten sposób, że obejmuje tylko jeden odcinek rury spadowej oraz tylko jeden odcinek rury wznośnej dołączony do niego od strony medium przepływowego. Szczególnie duża elastyczność przy dostosowaniu zdolności wchłaniania ciepła przez medium przepływowe przepływającego przez rurę wytwornicy pary do profilu temperatury gazu grzejnego przepływającego przez kanał grzejny jest jednakże osiągalna dzięki temu, że pewna liczba rur wytwornicy pary obejmuje kilka naprzemiennie połączonych jedna za drugą od strony medium przepływowego odcinków rur spadowych i odcinków rur wznośnych. Każda taka rura wytwornicy pary, patrząc w kierunku przepływu medium przepływowego, posiada najpierw pierwszy odcinek rury spadowej, do którego przylega po odpowiedniej zmianie kierunku, korzystnie za pomocą odcinka przelotowego pierwszy odcinek rury wznośnej wykonany w kierunku pod prąd dla przepływu medium przepływowego. Do niego jest dołączony, korzystnie również po odpowiedniej zmianie kierunku za pomocą odpowiedniego odcinka przelotowego umieszczonego wewnątrz kanału gazu grzejnego drugi odcinek rury spadowej, wykonany dla przepływu medium przepływowego w kierunku z prądem. Do drugiego odcinka rury spadowej przylega wtedy znowu drugi odcinek rury wznoś nej. Ponadto, w zależności od potrzeby, może być jeszcze dołączonych w naprzemiennej kolejności kilka odcinków rur spadowych i odcinków rur wznośnych.

Wytwornica pary według wynalazku jest stosowana jako wytwornica pary z ciepła odpadowego instalacji z turbiną gazową i instalacji z turbiną parową. Jeżeli wytwornica pary jest dołączona do turbiny gazowej od strony gazu grzejnego to w tym układzie za turbiną gazową może być umieszczone dodatkowe palenisko służące do podwyższenia temperatury gazu grzejnego.

Korzyści uzyskane za pomocą wynalazku polegają w szczególności na tym, że dzięki dwustopniowemu lub wielostopniowemu ukształtowaniu rur wytwornicy pary z odcinkiem rury spadowej, przez który może nastąpić przepływ w kierunku pod prąd i odcinkiem rury wznośnej dołączonym do niego od strony medium przepływowego, przez który może nastąpić przepływ w kierunku z prądem, co najmniej w pierwszym segmencie rur wytwornicy pary może być przygotowany wspomagający przepływ wkład ciśnienia za pomocą ciśnienia geodezyjnego znajdującego się w niej słupa wody. Mianowicie ogrzewane systemy parowania przepływane z prądem zwykle powodują w rurach niestabilności przepływów wymuszonych, które nie są tolerowane szczególnie przy zastosowaniu parownika z wymuszonym przepływem. Przy zasilaniu stosunkowo niewielkim masowym wydatkiem jednostkowym dzięki stosunkowo małym, ale w skuteczny sposób, stratom ciśnienia spowodowanym tarciem osiągalna jest charakterystyka obiegu naturalnego rury wytwornicy pary, która w wypadku silniejszego ogrzewania jednej rury wytwornicy pary w porównaniu z drugą rurą wytwornicy pary prowadzi do stosunkowo dużej zdolności przepustowej medium przepływowego w bardziej ogrzewanej rurze wytwornicy pary. Ta charakterystyka naturalnego obiegu, także przy zastosowaniu segmentów przepływanych z prądem, zapewnia dostatecznie stabilny i bezpieczny przepływ przez rurę wytwornicy pary.

Ponadto taka charakterystyka jest możliwa do uzyskania przy szczególnie niskich kosztach budowy i montażu dlatego, że odcinek rury wznośnej jest dołączony bezpośrednio do przyporządkowanego mu odcinka rury spadowej i bez pośredniego włączenia drogiego kanału zbiorczego lub układu

PL 199 124 B1 rozdzielającego. Wytwornica pary, przy szczególnie stabilnej charakterystyce przepływu, wykazuje więc stosunkowo małą złożoność instalacji. Ponadto zarówno odcinek rury spadowej, jak i dołączony do niego odcinek rury wznośnej każdej rury wytwornicy pary mogą być zamocowane na konstrukcji podwieszonej w obszarze sufitu obudowy kanału grzejnego, przy czym możliwe jest swobodne wydłużenie podłużne w dolnym obszarze. Takie, zależne od efektów cieplnych wydłużenia podłużne, są teraz kompensowane przez odcinek przelotowy łączący odpowiedni odcinek rury spadowej z odcinkiem rury wznośnej, tak że efekty cieplne nie powodują występowania naprężeń.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1, fig. 2 i fig. 3 przedstawiają w uproszczeniu przekrój podłużny wytwornicy pary o konstrukcji leżącej, przy czym na fig. 1 wytwornica obejmuje większą liczbę rur wytwornicy pary włączonych równolegle do przepływu medium przepływowego, na fig. 2 wytwornica posiada przepływową powierzchnię grzejną, której rury w pierwszym segmencie również posiadają odcinek rury spadowej a wytwornica pary na fig. 3 obejmuje przepływową powierzchnię grzejną, która jest zaprojektowana na stosunkowo niewielką stratę ciśnienia spowodowaną tarciem.

Na wszystkich figurach rysunku te same części są zaopatrzone w takie same oznaczenia odsyłające.

Wytwornica pary 1, 1', 1 według fig. 1, fig. 2 lub fig. 3 w rodzaju wytwornicy pary z ciepła odpadowego jest dołączona od strony spalin do nie przedstawionej bardziej szczegółowo turbiny gazowej. Wytwornica pary 1, 1', 1 ma ścianę zewnętrzną 2, która tworzy w przybliżeniu poziomy kanał grzejny 6, przez który przepływają spaliny z turbiny gazowej w kierunku przepływu gazu grzejnego x oznaczonego za pomocą strzałki 4. W kanale grzejnym 6 jest umieszczonych kilka powierzchni grzejnych zaprojektowanych według zasady przepływu, oznaczonych także jako przepływowe powierzchnie grzejne 8, 10 lub 12. W przykładach wykonania według fig. 1, fig. 2 i fig. 3 jest pokazana tylko jedna przepływowa powierzchnia grzejna 8, 10 lub 12, lecz może być także przewidzianych kilka przepływowych powierzchni grzejnych.

System parowania utworzony z przepływowych powierzchni grzejnych 8, 10 lub 12 jest zasilany medium przepływowym W, które przy jednokrotnym przepływie przez każdorazowe przepływowe powierzchnie grzejne 8, 10 lub 12 jest odparowywane i po odpływie z przepływowych powierzchni grzejnych 8, 10 lub 12 jest odprowadzane jako para i zwykle jest doprowadzone w celu dalszego przegrzewania na powierzchniach grzejnych przegrzewacza. System parowania utworzony z każdorazowych przepływowych powierzchni grzejnych 8, 10 lub 12 jest włączony do nie przedstawionego bardziej szczegółowo obiegu wody i pary turbiny parowej. Oprócz każdorazowego systemu parowania, dodatkowo do obiegu wody i pary turbiny parowej jest włączona pewna liczba następnych powierzchni grzejnych 20 zaznaczonych schematycznie na fig. 1 do fig. 3. Co się tyczy powierzchni grzejnych 20 to może chodzić, na przykład o przegrzewacz, parownik średniociśnieniowy, parownik niskociśnieniowy i/lub o podgrzewacz.

Przepływowa powierzchnia grzejna 8 wytwornicy pary 1 według fig. 1 obejmuje większą liczbę rur wytwornicy pary 22 włączonych równolegle do przepływu medium przepływowego W w rodzaju wiązki rur. Przy tym, patrząc w kierunku przepływu gazu grzejnego x, obok siebie jest umieszczona większa liczba rur wytwornicy pary 22. Widoczna jest tylko jedna z umieszczonych w ten sposób obok siebie rur wytwornicy pary 22. Do umieszczonych w ten sposób obok siebie rur wytwornicy pary 22 od strony medium przepływowego jest dołączony czołowo wspólny rozdzielacz 26 i dołączona jest wspólna komora zbiorcza wylotowa 28. Rozdzielacze 26 ze swej strony są połączone od strony wlotu z rozdzielaczem głównym 30, przy czym komory zbiorcze wylotowe 28 od strony wylotu są dołączone do wspólnej komory głównej 32.

Przepływowa powierzchnia grzejna 8 jest wykonana w ten sposób, że nadaje się do zasilania rur wytwornicy pary 22 przy stosunkowo niskim masowym wydatku jednostkowym, przy czym rury wytwornicy pary 22 mają charakterystykę przepływu o obiegu naturalnym. W wypadku tej charakterystyki przepływu o obiegu naturalnym silniej ogrzewana jedna rura wytwornicy pary 22 w porównaniu z drugą rurą wytwornicy pary 22 tej samej przepł ywowej powierzchni grzejnej 8 ma wię kszą zdolność przepustową medium przepływowego W w porównaniu z drugą rurą wytwornicy pary 22. W celu zapewnienia tego w szczególnie skuteczny sposób za pomocą szczególnie prostych środków konstrukcyjnych, przepływowa powierzchnia grzejna 8 obejmuje od strony medium przepływowego dwa segmenty połączone w szereg. W pierwszym segmencie każda rura wytwornicy pary 8 przepływowej powierzchni grzejnej 8 zawiera umieszczony w przybliżeniu pionowo odcinek rury spadowej 34 przepływany przez medium przepływowe W w kierunku z prądem. W drugim segmencie każda rura wyPL 199 124 B1 twornicy pary 22 zawiera umieszczony w przybliżeniu pionowo odcinek rury wznośnej 36 dołączony od strony medium przepływowego do odcinka rury spadowej 34 i przepływany przez medium przepływowe W w kierunku pod prąd.

Odcinek rury wznośnej 36 jest połączony z przyporządkowanym mu odcinkiem rury spadowej 34 za pomocą odcinka przelotowego 38. W przykładzie wykonania odcinki przelotowe są poprowadzone wewnątrz kanału grzejnego 6 i w celu ustalenia w przestrzeni są prowadzone za pomocą płyty z otworami 40 umieszczonej w kanale grzejnym 6. Mianowicie powoduje ona lokalne zwężenie rozporządzalnego przekroju przepływu dla gazu grzejnego w kanale grzejnym 6; należy jednakże podkreślić, że przedstawienie rysunkowe na fig. 1 nie jest wykonane w podziałce, tak że względne zwężenie przekroju przepływu dla gazu spowodowane przez płytę z otworami 40 jest niewielkie.

Alternatywnie odcinki przelotowe mogą być także poprowadzone na zewnątrz, zwłaszcza pod kanałem grzejnym 6. Może to być korzystne zwłaszcza w przypadku, gdy ze względów konstrukcyjnych lub eksploatacyjnych powinno być przewidziane odwodnienie przepływowej powierzchni grzejnej 8. W wypadku odcinków przepływowych 38 poprowadzonych na zewnątrz kanału grzejnego 6 może ono nastąpić za pomocą dołączonego do niej kolektora odwadniającego. W tym wypadku kolektor odwadniający pod względem przestrzennym korzystnie jest umieszczony blisko odcinków rur spadowych, tak że bez przeszkód jest zachowana zdolność do przemieszczania się odcinków rur grzejnych wynikająca z wydł u ż e ń cieplnych.

Jak to jest widoczne na fig. 1 każda rura wytwornicy pary 22 przepływowej powierzchni grzejnej 8 posiada prawie kształt litery U, przy czym ramiona litery U są utworzone przez odcinek rury spadowej 34 i odcinek rury wznośnej 36 oraz łuk łączący za pomocą odcinka przelotowego 38. W ukształ towanej w ten sposób rurze wytwornicy pary 22 wkł ad ciś nienia geodezyjnego medium przepływowego W wytwarza w obszarze odcinka rury spadowej 34 - w przeciwieństwie do obszaru odcinka rury wznośnej 36 - wkład ciśnienia wspomagający przepływ, a nie hamujący przepływu. Innymi słowami: znajdujący się w odcinku rury spadowej 34 słup wody nieodparowanego medium przepływowego W „popycha przepływ w każdorazowej rurze wytwornicy pary 22, zamiast go utrudniać. Ogólnie biorąc dzięki temu rura wytwornicy pary 22 wykazuje stosunkowo małą stratę ciśnienia.

W wypadku budowy zbliż onej do litery U ka ż da rura wytwornicy pary 22 w obszarze wlotu odcinka rury spadowej 34 i w obszarze wylotu odcinka rury wznośnej 36 jest podwieszona i zamocowana w rodzaju konstrukcji podwieszonej do sufitu kanału grzejnego 6. Patrząc pod względem przestrzennym dolne końce każdorazowego odcinka rury spadowej 34 i każdorazowego odcinka rury wznośnej 36, które są połączone ze sobą za pomocą odcinka przelotowego 38, natomiast nie są ustalone bezpośrednio pod względem przestrzennym w kanale grzejnym 6. Wydłużenia podłużne tych segmentów rur wytwornicy pary są więc bez ryzyka uszkodzenia tolerowalne, przy czym każdorazowy odcinek przelotowy 38 działa jako łuk kompensacyjny. Takie rozmieszczenie rur wytwornicy pary 22 jest więc z punktu widzenia mechaniki szczególnie elastyczne i w odniesieniu do napręże ń cieplnych niewraż liwe na występujące różnice wydłużeń.

Silniejsze ogrzewanie rury wytwornicy pary 22 w szczególności na jej odcinku rury wznośnej 36 prowadzi w tym miejscu najpierw do zwiększenia intensywności odparowywania, przy czym już w wyniku zwymiarowania rury wytwornicy parowej 22 wskutek silniejszego ogrzewania nastę puje zwiększenie intensywności przepływu przez bardziej ogrzewaną rurę wytwornicy pary 22.

Ponadto rury wytwornicy pary 22 różnych rzędów rur 24 przepływowej powierzchni grzejnej 8 są umieszczone w formie wsuniętych jedna w drugą liter U. W tym celu odcinki rur wznośnych 36 i odcinki rur spadowych 34 większej liczby rur wytwornicy pary 22 są pozycjonowane w kanale grzejnym 6 względem siebie w ten sposób, że odcinkowi rury spadowej 34, patrząc w kierunku przepływu gazu grzejnego x, położonej stosunkowo z tyłu jest przyporządkowany, patrząc w kierunku przepływu gazu grzejnego x, położony stosunkowo daleko z przodu odcinek rury wznośnej 36. Dzięki takiemu rozmieszczeniu stosunkowo silnie ogrzewany odcinek rury wznośnej 36 ma połączenie ze stosunkowo słabo ogrzewanym odcinkiem rury spadowej 34. Dzięki takiemu pozycjonowaniu względem siebie także między rzędami rur 24 uzyskuje się samoczynnie efekt wyrównywania. Właśnie w stosunkowo silnie ogrzewanym, daleko z przodu położonym odcinku rury wznośnej 36 silniejsze ogrzewanie powoduje mianowicie szczególnie obfite wytwarzanie pary, a zatem szczególnie duże zapotrzebowanie na dodatkowe zasilanie w medium przepływowe W. Właśnie taki silnie ogrzewany odcinek rury wznośnej 36 jest jednakże połączony ze stosunkowo słabo ogrzewanym odcinkiem rury spadowej 34. Ten ostatni z uwagi na nieznaczne wprowadzenie ciepła do prowadzonego w nim medium przepływowego W posiada szczególnie wysoki wspomagający przepływ wkład ciśnienia geodezyjnego, tak że właśnie

PL 199 124 B1 tego rodzaju stosunkowo słabo ogrzewany odcinek rury spadowej 34 jest szczególnie odpowiedni do przygotowania dodatkowego zasilania stosunkowo chłodnego medium przepływowego W.

Silniejsze ogrzewanie stosunkowo daleko od umieszczonego odcinka rury wznośnej 36 rury wytwornicy pary 22 powoduje szczególnie w tym rozmieszczeniu, że wspomagający przepływ wkład ciśnienia geodezyjnego w odcinku rury spadowej 34 w szczególnym stopniu przewyższa hamujący przepływ wkład ciśnienia geodezyjnego w przyporządkowanym mu odcinku rury wznośnej 36, tak że dodatkowo następuje jeszcze zwiększone zasilanie każdorazowego odcinka rury wznośnej 36 w medium przepływowe W. W wyniku tej szczególnie ukształtowanej charakterystyki o naturalnym obiegu rury wytwornicy pary 22 posiadają w szczególnym stopniu tę właściwość samostabilizowania wobec lokalnie zróżnicowanego ogrzewania: silniejsze ogrzewanie rzędu rur wytwornicy pary 22 prowadzi przy tym do zwiększonego doprowadzenia medium przepływowego W do tego rzędu rury wytwornicy pary 22, tak że z powodu odpowiednio zwiększonego działania chłodzącego ma miejsce samoczynne wyrównywanie każdorazowej wartości temperatury. Świeża para wpływająca do wspólnej komory głównej 22 jest więc z uwagi na swoje parametry niezależnie od indywidualnie przebieganego rzędu rur 24 szczególnie jednorodna.

Zależnie od punktu obliczeniowego lub przewidzianego punktu pracy wytwornicy pary 1, 1', 1 wkład ciśnienia geodezyjnego wspomagający przepływ oddanego do dyspozycji przez segment parownika przepływany z prądem może znacznie przewyższać hamujący przepływ wkład ciśnienia geodezyjnego w dołączonym drugim segmencie parownika. Dlatego zależnie od punktu obliczeniowego może być korzystne zaprojektowanie pierwszego segmentu parownika na stosunkowo wysoką stratę ciśnienia spowodowaną tarciem. Dlatego do rzędów rur wytwornicy pary 1 według fig. 1 między rozdzielaczem głównym 30 i przyporządkowanymi im rozdzielaczami 26 jest włączone szeregowo urządzenie dławiące 42, które w szczególności może być wykonane jako dające się nastawiać lub dające się regulować.

Alternatywnie wytwornica pary 1' w przykładzie wykonania na fig. 2 posiada w tym celu przepływową powierzchnię grzejną 10, której rury wytwornicy pary 50 w pierwszym segmencie również posiadają odcinek rury spadowej 52, do którego dla umożliwienia przepływu medium przepływowego W od strony medium przepływowego jest jednakże dołączonych kilka równolegle do siebie włączonych odcinków rur wznośnych 54. Odcinki przelotowe 56, za pomocą których odcinki rur spadowych 52 są połączone z kilkoma przyporządkowanymi im odcinkami rur wznośnych 54 w przykładzie wykonania znowu są poprowadzone wewnątrz kanału grzejnego 6 i zamocowane w blasze z otworami 58. W zależności od potrzeby mogą one jednakż e być ułożone także na zewną trz kanału grzejnego 6. W przykładzie wykonania według fig. 2 do każdego odcinka rury spadowej 52 od strony medium przepływowego są dołączone dwa połączone równolegle odcinki rur wznośnych 54. Zastosowane przy tym rury mają takie same wymiary, tak że swobodny przekrój przepływu dla medium przepływowego W w równolegle połączonych odcinkach rur wznośnych 54 jest dwukrotnie większy niż przekrój przepływu w połączonym z nimi szeregowo wspólnie odcinku rury spadowej 52. Alternatywnie, w wypadku zapotrzebowania, takie ograniczenie straty ciśnienia spowodowanej tarciem w odcinkach rur spadowych 52 może być uzyskane także za pomocą odpowiedniego wymiarowania, w szczególnoś ci w wyniku wyboru stosunkowo mniejszej średnicy.

Wytwornica pary 1' w przykładzie wykonania według fig. 3 obejmuje przepływową powierzchnię grzejną 12, która również jest zaprojektowana na stosunkowo niewielką stratę ciśnienia spowodowaną tarciem, a zatem szczególnie nadaje się do zapewnienia charakterystyki obiegu naturalnego przy stosunkowo małym masowym wydatku jednostkowym. Ponadto przepływowa powierzchnia grzejna 12 wytwornicy pary 1 z uwagi na jej zdolność pochłaniania ciepła jest jednakże szczególnie dostosowana do profilu temperatury gazu grzejnego przepływającego przez kanał gazu grzejnego 6. W tym celu każda z rur wytwornicy pary 60 tworzą cych przepł ywową powierzchnię grzejną 12 obejmuje kilka - w przykładzie wykonania dwie - połączonych naprzemiennie jedna za drugą od strony medium przepływowego odcinków rur spadowych 62, 64 i odcinków rur wznośnych 66, 68. Pierwszy, patrząc w kierunku przepływu medium przepływowego W, odcinek rury spadowej 62 jest połączony za pomocą odcinka przelotowego 70 z dołączonym do niego odcinkiem rury wznośnej 66. Ten zaś, jeśli o niego chodzi, jest połączony od strony wylotu za pomocą odcinka przelotowego 72 z dołączonym do niego odcinkiem rury spadowej 64. Drugi odcinek rury spadowej 64 jest dołączony za pomocą odcinka przelotowego 74 do drugiego odcinka rury wznośnej 66. Odcinki przelotowe 70, 72, 74 znowu są poprowadzone wewnątrz kanału gazu grzejnego 6 i zamocowane za pomocą blachy z otworami 76, 78 lub 80 w obszarze podłogi lub sufitu kanału gazu grzejnego 6.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wytwornica pary, w której w kanale gazu grzejnego przepływanym przez gaz grzejny w przybliżeniu w kierunku poziomym jest umieszczona przepływowa powierzchnia grzejna, która składa się z pewnej liczby rur wytwornicy pary połączonych równolegle do przepł ywu medium przepł ywowego i ma postać , w której jedna bardziej ogrzewana rura wytwornicy pary, w porównaniu z drugą rurą wytwornicy pary tej samej przepływowej powierzchni grzejnej, ma większą zdolność przepustową medium przepływowego, znamienna tym, że co najmniej jedna rura wytwornicy pary (22, 50, 60) składa się z umieszczonego w przybliżeniu pionowo, przepływanego w kierunku z prądem przez medium przepływowe (W) odcinka rury spadowej (34, 52, 62, 64) i dołączonego do niego od strony medium przepływowego, umieszczonego w przybliżeniu pionowo i przepływanego w kierunku pod prąd przez medium przepływowe (W) odcinka rury wznośnej (36, 54, 66, 68).
2. 2. Wytwornica pary według zastrz. 1, znamienna tym, że odcinek rury spadowej (34, 52, 62, 64) każdej rury wytwornicy pary (22, 50, 60), patrząc w kierunku przepływu gazu grzejnego (x), jest umieszczony w kanale gazu grzejnego (6) za przyporządkowanym mu odcinkiem rury wznośnej (36, 54, 66, 68).
3. 3. Wytwornica pary według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że odcinek rury spadowej (34, 52, 62, 64) co najmniej jednej rury wytwornicy pary (22, 50, 60) jest połączony od strony medium przepływowego za pomocą odcinka przelotowego (38, 70, 72, 74) z przyporządkowanym mu odcinkiem rury wznośnej (36, 54, 66, 68).
4. 4. Wytwornica pary według zastrz. 3, znamienna tym, że każdy odcinek przelotowy (38, 70, 72, 74) jest umieszczony wewnątrz kanału gazu grzejnego (6).
5. 5. Wytwornica pary według zastrz. 1, znamienna tym, że co najmniej jedna rura wytwornicy pary (22, 50, 60) obejmuje kilka połączonych nawzajem równolegle odcinków rur wznośnych (36, 54, 66, 68) dołączonych na kształt rozwidlenia od strony medium przepływowego od wspólnego odcinka rury spadowej (34, 52, 62, 64) do przepływu medium przepływowego (W).
6. 6. Wytwornica pary według zastrz. 1, znamienna tym, że odcinki rur wznośnych i rur spadowych (36, 54, 66, 68 i 34, 52, 62, 64) kilku rur wytwornicy pary (22, 50, 60) korzystnie pozycjonowane są względem siebie w ten sposób w kanale gazu grzejnego (6), że odcinkowi rury spadowej (34, 52, 62, 64), patrząc w kierunku przepływu gazu grzejnego (x), położonemu stosunkowo daleko z tyłu jest przyporządkowany, patrząc w kierunku przepływu gazu grzejnego (x), stosunkowo daleko z przodu położony odcinek rury wznośnej (36, 54, 66, 68).
7. 7. Wytwornica pary według zastrz. 1, znamienna tym, że pewna liczba rur wytwornicy pary (22, 50, 60) obejmuje kilka naprzemiennie połączonych jedna za drugą od strony medium przepływowego odcinków rur spadowych i odcinków rur wznośnych (34, 52, 62, 64 i 36, 54, 66, 68).
8. 8. Wytwornica pary według zastrz. 1, znamienna tym, że do odcinka rury spadowej (34, 52, 62, 64) co najmniej jednej rury wytwornicy pary (22, 50, 60), od strony medium przepływowego, w przewód łączący od rozdzielacza głównego jest włączone szeregowo urządzenie dławiące (42).
9. 9. Wytwornica pary według zastrz. 1, znamienna tym, że od strony gazu grzejnego ma dołączoną szeregowo turbinę gazową.