PL201326B1

PL201326B1 - Wymiennik ciepła

Info

Publication number: PL201326B1
Application number: PL370862A
Authority: PL
Inventors: Berlo Marcellus Antonius Jozef Van
Original assignee: Gemeente Amsterdam
Priority date: 2001-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2009-03-31
Also published as: PL202720B1; AU2002353667A1; US20050061491A1; HUP0402665A2; JP2005513395A; ATE335964T1; HUP0402450A2; PT1461567E; CA2470974A1; DK1461567T3; JP2005513394A; NL1019612C2; WO2003052319A1; DE60220826T2; ES2269790T3; WO2003052318A1; EP1459011B1; ATE365298T1; DE60220826D1; PL370862A1

Abstract

Wynalazek obejmuje wymiennik ciep la, w którym spaliny prowadzone s a wzd luz rur, przez które przep lywa para, aby wytworzy c par e przegrzan a. Wymiennik ciep la zawiera rury os lonowe, których srednica ró zni si e od srednicy rur przegrzewacza pary, które usytu- owane s a bezpo srednio za nimi, patrz ac w kie- runku przep lywu, aby zminimalizowa c grubosc warstw osadu, i ograniczy c oddzia lywanie koro- zyjne i erozyjne. Wed lug wynalazku, srednica rur os lonowych jest mniejsza ni z srednica rur przegrzewacza pary (15). PL PL PL PL

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 201326 (21) Numer zgłoszenia: 370862 (22) Data zgłoszenia: 19.12.2002 (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:

19.12.2002, PCT/NL02/00849 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

26.06.2003, WO03/052319 PCT Gazette nr 26/03 (51) Int.Cl.

F22G 3/00 (2006.01) F22G 7/00 (2006.01) (54) Wymiennik ciepła

(30) Pierwszeństwo: 19.12.2001,NL,1019612	(73) Uprawniony z patentu: GEMEENTE AMSTERDAM,Amsterdam,NL
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 30.05.2005 BUP 11/05	(72) Twórca(y) wynalazku: Marcellus Antonius Jozef Van Berlo,Amsterdam,NL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.03.2009 WUP 03/09	(74) Pełnomocnik: Misztak Irena, PATPOL Sp. z o.o.

⁽⁵⁷⁾ Wynalazek obejmuje wymiennik ciepła, w którym spaliny prowadzone s ą wzdłuż rur, przez które przepływa para, aby wytworzyć parę przegrzaną. Wymiennik ciepła zawiera rury osłonowe, których średnica różni się od średnicy rur przegrzewacza pary, które usytuowane są bezpośrednio za nimi, patrząc w kierunku przepływu, aby zminimalizować grubość warstw osadu, i ograniczyć oddziaływanie korozyjne i erozyjne. Według wynalazku, średnica rur osłonowych jest mniejsza niż średnica rur przegrzewacza pary (15).

PL 201 326 B1

Opis wynalazku

Przedmiot wynalazku dotyczy wymiennika ciepła, stosowanego zwłaszcza, ale nie tylko w przypadku konieczności odzyskania energii cieplnej z gazów spalinowych w instalacjach do spopielania odpadów przy czym istnieje możliwość stosowania go dla innych gorących gazów. W instalacjach do spopielania odpadów zwykle, praktycznie wykorzystuje się gorące gazy spalinowe powstające podczas procesu spopielania do wytwarzania pary. W celu uzyskania pary przegrzanej, w końcowej części instalacji do spopielania odpadów montuje się wymiennik ciepła obejmujący rury, przez które kierowana jest para wodna, ogrzewana za pomocą gazów spalinowych aby uzyskać przegrzaną parę wodną. W tym celu, para wytworzona wcześniej kierowana jest przez walczak, co jest znane ze stanu techniki, i przez wymiennik ciepła, aby uzyskać parę przegrzaną. Taki wymiennik ciepła jest zasadniczo znany jako przegrzewacz pary. W kotle instalacji do spopielania odpadów, ten przegrzewacz pary zasadniczo zawiera wiele sekcji, przy czym każda z nich obejmuje wiele zestawów, a każdy zestaw obejmuje dwa kolektory, między którymi zamontowanych jest wiele równolegle połączonych rur, które tworzą powierzchnię wymiany ciepła. Zwykle, zestawy montowane są bezpośrednio za innymi, pod kątem prostym do kierunku przepływu spalin. Zasadniczą wadą odpadów jest to, że zawierają one dużo zanieczyszczeń, tak, że proces ich głównie powoduje korozję w częściach instalacji wchodzących w kontakt z gorącymi spalinami. Zabiegi służące do zwalczania korozji (niskie temperatury zarówno powierzchni wymieniającej ciepło, jak i spalin, kontaktujących się z nimi) są brane pod uwagę w przypadku obliczania kosztów związanych z całkowitą wydajnoś cią i efektywnością procesu.

W instalacjach tych stosuje się coraz wię cej materiał ów odpornych na korozję takich jak stopy niklowo-chromowe. Jednak, materiały te są bardzo drogie, co wpływa na wysokość kosztów produkcji wymienników ciepła. Konstrukcja wymiennika ciepła opisana w części nieznamiennej zastrzeżenia niezależnego jest znana z niemieckiego opisu patentowego opublikowanego pod numerem DE 38411122 C1, dotyczącego wynalazku zgłoszonego przez Steinmϋller. W tym zgłoszeniu patentowym wspomniano, że rura ekranu jest umieszczona przed rurami przegrzewacza pary, tak, że chroni wspomniany przegrzewacz przed erozją. W tym celu rury ekranowe powinny mieć większą średnicę niż średnica rur przegrzewacza pary. Chociaż rozwiązanie takie ma korzystny wpływ na ochronę przed erozją, to jednak istnieje w dalszym ciągu możliwość jego ulepszenia. W opisie DE 4103440 Ver. Energieverke pt. „Układ do zamocowania rur chroniących przed zużyciem na powierzchniach grzewczych” przedstawiono porównywalne rozwiązanie, w którym za pomocą rur o przekroju poprzecznym w kształcie połowy koła, działających jak powłoka zamontowana przed rurami przegrzewacza pary, uzyskuje się efekt ekranowania. Takie przykładowe rozwiązanie jest również regularnie wykorzystywane w praktyce, w kotłach instalacji do spopielania odpadów aby podnieść problematyczną efektywność przegrzewacza pary. Jednak, generalnie, szybko zużywające się rury o przekroju poprzecznym w kształcie połowy koła, nie są preferowane w przypadku budowy nowego kotła instalacji do spopielania odpadów.

Opis DE 43341555 Ver. Energiewerke pt. „Układ do ochrony rur pakietu rurowego w strumieniu gazu obciążonego pyłem” ujawnia osłonę, w której bezpośrednio za komorą nawrotną, w części gdzie spaliny posiadają największą prędkość, zastosowano kratę jako osłonę przed działaniem strumienia spalin. Cel zastosowanego tu rozwiązania jest porównywalny z tym, który jest realizowany w przedmiotowym zgłoszeniu, ale konkretna jego postać jest zupełnie różna, i skupia się tylko na zwalczaniu niepożądanych skutków przepływu spalin tylko w części znajdującej się bezpośrednio za komorą nawrotną.

W rozwiązaniu według opisu DE 1012614 (Steinmϋller) pt. „Wymiennik ciepła grodziowy” przegrzewacz grodziowy zlokalizowany jest w części opromieniowanej kotła, w której spaliny przepływają w kierunku równoległym do grodzi ukształtowanych przez rury połączone w zespoły. Efekt osłonowy jest wykorzystywany przy pełnym promieniowaniu pochodzącym z paleniska, którego płomienie sięgają bezpośrednio do dolnej części wymiennika ciepła. Przy tym zakończeniu rura osłonowa jest lepiej chłodzona niż rury grodziowego przegrzewacza przy zastosowaniu zwiększonego przepływu pary o niskiej temperaturze lub nawet stosuje się rury chłodzone wodą.

Porównywalne rozwiązanie zostało opisane w dokumencie US 4838212, zgłoszone przez Gaskin, pt.: „Przegrzewanie produkowanej pary”.

W opisie NL-1015438, „Amsterdam Gem. Dienst: Hoogrendements-AVI” (Amsterdam Municipal Service: High - WFPP) stwierdzono, że zarówno najważniejszym miernikiem jest utrzymanie niskiej prędkości przepływu spalin, jak i sposób ograniczenia ilości uderzeń cząstek pyłu oraz zapewnienie niskiej temperatury, aby materiał rur mógł wytworzyć własne zabezpieczenie poprzez wytworzenie

PL 201 326 B1 nowej warstewki tlenku. Aby ochronić pierwszą rurę sekcji narażona na duże zużycie, w rozwiązaniu według tego opisu zastosowano wodne chłodzenie tej rury.

Opis US-A 2358358 dotyczy rozwiązania zgłoszonego przez Stromquist, obejmującego poziomy kocioł, w którym spaliny przepływają w kierunku poziomym przez wiązkę pionowo usytuowanych rur służących do wytwarzania pary. Chociaż wspomniano tu o efekcie erozyjnego oddziaływania spalin (osady) na rury przegrzewacza, (kolumna 1, wiersz 7 - 28), nie przedstawiono tu żadnych kroków zaradczych przeciw temu oddziaływaniu.

Przedmiotem wynalazku jest wymiennik ciepła, w którym spaliny prowadzone są wzdłuż rur, przez które przepływa para, aby wytworzyć parę przegrzaną. Wymiennik ciepła zawiera rury osłonowe, których średnica różni się od średnicy rur przegrzewacza pary, które usytuowane są bezpośrednio za nimi, patrząc w kierunku przepływu, aby zminimalizować grubość warstw osadu, i ograniczyć oddziaływanie korozyjne i erozyjne.

Istota wynalazku polega na tym, że średnica rur osłonowych jest mniejsza niż średnica rur przegrzewacza pary. Korzystnie, wymiennik ciepła jest wyposażony w rury osłonowe, których średnica jest większa niż średnica rur przegrzewacza pary, znajdujących się bezpośrednio za nimi, patrząc w kierunku przepł ywu, przy czym rury osł onowe są rurami ś ciany parownika.

W rozwiązaniu wedł ug wynalazku, rury ś ciany parownika i rury osł onowe oddalone są od siebie na odległość przynajmniej 20 cm, a korzystnie 35-45 cm.

W wymienniku ciepł a rury są siednich zespoł ów, ustawionych kolejno jeden za drugim, patrz ą c w kierunku przepływu, są rozmieszczone w układzie schodkowym w stosunku do siebie, a kolektory zbiorcze kolejnych zespołów są usytuowane na zróżnicowanej wysokości jeden, w stosunku do drugiego. W przedmiotowym wynalazku zatem rury osłonowe nie zostały rozmieszczone w części opromieniowanej, ale w części konwekcyjnej kotła, w której ciepło jest przenoszone odpowiednio do pola przepływu spalin. Zatem pył zawarty w spalinach odgrywa ważną rolę w tworzeniu się osadów, występowaniu zjawiska korozji i erozji. Cząstki pyłu uderzają o powierzchnię rur z prędkością, z jaką są przenoszone przez spaliny. Cząstki, które ze względu na wysoką temperaturę znalazły się w początkowej fazie mięknięcia mogą przylegać do powierzchni rur i gromadzić się aż do utworzenia dużych narostów osadu. Gdy narosty te są usuwane podczas przeprowadzania procesu oczyszczania, (przykładowo poprzez ostukiwanie), i rura jest ponownie montowana, cząstki pyłu mogą również uszkodzić metalową powierzchnię bezpośrednio przed ponownym powstaniem osadu. W szczególnych przypadkach rury wykonane są ze stopów chromowo-niklowych, których ochrona przed korozją polega na tym, że pokryte są one wyjątkowo cienką warstewką tlenku, która to warstwa może być uszkodzona. Powoduje to przyspieszenie procesu korozji do czasu aż warstewka tlenu nie zostanie odtworzona.

Gdy realizowane jest rozwiązanie według wynalazku, zaleta polega na tym, że uzyskuje się doskonałe warunki usuwania zanieczyszczeń ze spalin. Dodatkową zaletę stanowi to, że opór przepływu jest mniejszy niż w przypadku znanych rozwiązań. Całkowicie zaskakujące jest to, że w rozwiązaniu tym spada ilość wirów Karmana. Dodatkową zaletę stanowi to, że zmniejsza się ilość pyłu (zanieczyszczeń) na powierzchniach rur przegrzewacza. Stanowi to przeciwieństwo w stosunku do założeń według których konstruowane były rozwiązania znane ze stanu techniki, w których zasadniczo dążono do sytuacji, gdy ilość wirów Karmana zwiększała się, aby poprawić warunki wymiany ciepła.

W ten sposób unika się lub ogranicza się wystę powanie problemu korozji, erozji i zanieczyszczeń w instalacjach do spalania odpadów. Koszt wyprodukowania rur osłonowych jest bardzo niski i wymiana rur jest prosta, tak, że wydatki związane z pojawieniem się zanieczyszczeń na tych rurach są niewielkie. Tym sposobem unika się wad występujących praktycznie w instalacjach do spopielania odpadów, wynikających z przepływu gazów o wysokiej temperaturze w obszarze przegrzewacza i podgrzewacza wtórnego. Wewnątrz rur osłonowych właściwie nie może nie przepływać żaden czynnik. Rury te mogą być po prostu umieszczone bezpośrednio przed rurami przegrzewacza, patrząc w kierunku przepływu spalin, tak, że rury osłonowe wyłapują zasadniczo wszystkie zanieczyszczenia niesione przez strumień spalin. Rury przegrzewacza pary będą zasadniczo wolne od zanieczyszczeń i mogą być w dalszym ciągu wykorzystywane. Jeśli wystąpi konieczność wymiany rur osłonowych, jest to bardzo proste do przeprowadzenia, a w związku z tym mało pracochłonne.

Przedmiotowe zgłoszenie zatem proponuje nie tylko środki przeznaczone do ochrony tej pierwszej rury za pomocą chłodzenia wodnego, ale również zwiększenie ochrony tej pierwszej rury poprzez dobranie odpowiedniej średnicy, która różni się od średnicy rur przegrzewacza, znajdujących się z pierwszą rurą .

PL 201 326 B1

Dobór właściwej średnicy rur osłonowych w stosunku do średnicy rur przegrzewacza musi być oparty na dokładnej analizie w której prędkości przepływu i wzajemna odległość między rurami grają ważną rolę. Średnica jest dobierana tak, aby powstające „wiry Karmana” nie były kierowane w miejsca, gdzie występuje lokalne zwiększenie prędkości przepływu i/lub ilości pyłu na powierzchniach rur przegrzewacza pary usytuowanych za nimi. Rozwiązanie to stoi w sprzeczności z dotychczas znanymi sposobami postępowania, w których lokalne turbulencje przepływu są wykorzystywane do zwiększenia efektów wymiany ciepła. Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przestawia schematycznie instalację do spopielania odpadów, w której spaliny przepływają z komory rusztu poprzez pierwszy, drugi i trzeci ciąg, za którym spaliny prowadzone są poprzez wymiennik ciepła obejmujący przegrzewacz i podgrzewacz wody do otworu wylotowego kotła, fig. 1A - fragmentarycznie instalację do spopielania odpadów według fig. 1, fig. 2 - instalację według fig. 1 w schematycznym widoku z góry, fig. 3 - zwykle usytuowane w układzie szeregowym rury wymiennika ciepła według wynalazku w widoku z góry, fig. 4-7 - korzystny przykład wykonania wymiennika ciepła według wynalazku w widoku z góry.

Te same oznaczenia cyfrowe na wszystkich figurach zawsze odnoszą się do identycznych elementów. Fig. 1 przedstawia schematyczny widok instalacji do spopielania odpadów. Spaliny są podawane do pierwszego ciągu 1, gdzie unoszą się pionowo do góry i następnie zmieniają kierunek przepływając do drugiego ciągu 2, gdzie kierowane są do dołu i zmieniają kierunek, przepływając do trzeciego ciągu 3. Pierwszy ciąg jest zbudowany między innymi ze znanych ścian membranowych (nie przedstawione). Spaliny opuszczające trzeci ciąg są następnie kierowane do wymiennika ciepła 4, obejmującego również zespół rur przegrzewacza pary 15. W przedstawionej tu postaci przegrzewacz pary obejmuje cztery różne zespoły rur 15 -18 wymiennika ciepła. W części wstępnej wymiennika ciepła ^usytuowana jest tak zwana ściana parownika 6. Ta ściana parownika 6 służy do wyrównania przepływu spalin dopływających do wymiennika ciepła 5. Niespopielony materiał odpadowy jest usuwany upustem 9. Popiół lotny pochodzący ze strumienia gazów spalinowych przepływających przez drugi ciąg 2 i trzeci ciąg 3, jak również między zespołami rur 15-21 jest usuwany poprzez kolejne leje zbiorcze 10, 11, 12, 13 i 14. Woda i para przeznaczona do podgrzania jest doprowadzana do rur przez wloty 22, 23 i 24.

Jak to przedstawiono na fig. 2, ściana parownika 6, korzystnie obejmuje dwa rzędy rur parownika. Za tymi dwoma rzędami rur parownika znajduje się otwarta przestrzeń 7 o małych wymiarach, za którą usytuowany jest jeden kolejny rząd rur osłonowych 8, parownika a za nim pierwsze rzędy rur wymiennika ciepła są rozmieszczone jeden za drugim, wyrównane z rurami poprzedzającego rzędu rur parownika, jak to przedstawiono na fig. 2. Przestrzeń otwarta 7 o małych wymiarach korzystnie posiada długość, pozwalającą na zrównanie prędkości przepływu spalin na całej powierzchni przepływu w tej otwartej przestrzeni 7, tak, że prędkość ich przepływu jest wszędzie praktycznie taka sama. W rozwiązaniach znanych ze stanu techniki, na ścianie parownika 6 osadzają się popioły lotne, a szybkie schłodzenie spalin wywiera wpływ na rdzeń cząstek popiołów lotnych zawartych w spalinach tylko z pewnym opóźnieniem, tak że zachowują one wewnątrz temperaturę T>800°C, co powoduje, że są one w tak zwanej „fazie klejącej”. Gdy te cząstki zderzają się z kolejnymi rurami ściany parownika, przylegają one do ich powierzchni. Cząstki te będą również w dużym stopniu przylegały do rur wymiennika ciepła. Zjawisko to można ograniczyć poprzez zmniejszenie prędkości przepływu spalin. Zmniejszenie prędkości przepływu spalin powoduje również znaczną poprawę warunków usuwania popiołu z kotła. Ma to również wpływ na ograniczenie występowania osadów zanieczyszczeń na rurach wymiennika ciepła. Osad popiołu może być usunięty z powierzchni rur za pomocą sposobów znanych ze stanu techniki.

W praktyce dla ściany parownika 6, preferowane są rozwiązania służące do wyrównywania przepływu aby uniknąć zjawiska przepływu z dużą prędkością miejscową. Prędkość spalin wynosi korzystnie 3 do 4 m/s, co powoduje, że temperatura powierzchni rur utrzymuje się na poziomie niższym niż temperatura spalin. Ściany parownika 6 są korzystnie usytuowane wzdłuż całej szerokości drogi przepływu gazu przez wymiennik ciepła 4. Jednak, możliwa jest redukcja całkowitej liczby rur w każdym zespole rurowym w ścianie rurowej parownika 6, przy czym wzajemna odległość między rurami wynosi 20-50 cm. Jeśli zastosowano kilka rzędów ścian parownika 6, korzystne jest takie rozmieszczenie w wymienniku ciepła rur w poszczególnych rzędach, aby tworzyły one układ schodkowy. Korzystnym rozwiązaniem dla wszystkich rur jest rozmieszczenie ich w równych odległościach od siebie. W ten sposób wzdłuż wysokości i szerokości przepływ spalin jest wyrównany zanim dopłyną one do przegrzewacza pary.

PL 201 326 B1

Jeśli istnieje wolny dostęp do pierwszego rzędu rur pierwszego przegrzewacza pary, rury osłonowe 8 stanowią elementy parownika. Pozostałe rury pierwszego przegrzewacza pary 15 są usytuowane jedna za drugą, za rurami osłonowymi 8 parownika. Ochrona rur przegrzewacza pary przy wykorzystaniu rur parownika wzrasta zwłaszcza wtedy, gdy średnica rur parownika jest nieznacznie większa niż średnica rur przegrzewacza pary, znajdujących się (patrząc w kierunku przepływu spalin) za rurami parownika. W innym, korzystnym przykładzie wykonania, rury przegrzewacza pary są wykonane jako rury nieznacznie owalne, przy czym najkrótsza oś owalu jest usytuowana pod kątem prostym do kierunku przepływu spalin. Powoduje to ograniczenie zużycia rur wynikającego z erozji powodowanej przez lotny popiół zawarty w spalinach.

Osad lotnego popiołu na rurach przegrzewacza pary, jak to przedstawiono na fig. 4, usuwany jest za pomocą wprawiania w drgania rur przegrzewacza pary (przykładowo poprzez uderzenia młotem mechanicznym lub pneumatycznym, kolektorów, w których zamocowane są rury) może być znacznie ulepszony poprzez nadanie rurom przegrzewacza pary drgań własnych o określonej częstotliwości, różnej, dla różnych kierunków, odpowiednio do zróżnicowanej sztywności spowodowanej tym że rury nie posiadają kołowego przekroju poprzecznego. Poprzez wymuszenie drgań kolektora o określonej częstotliwości, popiół lotny osadzony na powierzchni może być usuwany przy zastosowaniu odpowiedniej regulacji tego procesu. Dzięki odpowiedniemu dostosowaniu częstotliwości drgań własnych każdej z rur (taka sama dla wszystkich), dostarczenie energii w określonym zakresie daje maksymalny efekt. Jeśli pojawią się trudności związane z tym, że ilość osadu, który przywarł do powierzchni jest zbyt zróżnicowana, możliwe jest wprawienie w ruch drgający wszystkich rur przegrzewacza pary z różną częstotliwością (która ponadto jest różna w różnych kierunkach drgań), tak, że rzeczywiście staje się możliwe indywidualne wprawienie w drgania rezonansowe każdej z rur. W związku z tym, preferowany jest układ, w którym rury o niekołowym przekroju poprzecznym posiadają specyficznie wybrane częstotliwości drgań własnych, pozwalające na to, że rury wprawiane są w drgania rezonansowe.

W drugim zespole rur 16 wymiennika ciepła, lub drugim przegrzewaczu pary, przepływ spalin jest już rozdzielony równomiernie, przy czym znaczna ilość pyłu jest już oddzielona od strumienia spalin, (przy wykorzystaniu sił grawitacji i osadza się na rurach) a poza tym temperatura spalin jest obniżona.

W przypadku rur przegrzewaczy stosowanych w instalacjach do spopielania odpadów, zwykle w praktyce rury te usytuowane są jedna za drugą (szeregowo, co zostało przedstawione na fig. 3), aby zredukować zużycie rur w związku z opisanymi wyżej zasadami. W innych instalacjach, gdzie zanieczyszczenia i zużycie nie jest tak wielkie, jak w przypadku instalacji do spopielania odpadów, rury te są korzystnie usytuowane w układzie schodkowym, ponieważ wymiennik ciepła skonstruowany w ten sposób ma bardziej zwartą budowę. Dzieje się tak dlatego, że w tej samej objętości, i przy tych samych odległościach, i przy rozmieszczeniu w układzie schodkowym, wymiennik obejmuje większą ilość rur i odpowiednio większą powierzchnię wymiany ciepła. W innym, korzystnym przykładzie wykonania przedmiotowego wynalazku, rury przeznaczone do instalacji do spopielania odpadów sam ułożone w układzie schodkowym ale konstrukcja wymiennika ciepła nie jest bardziej zwarta, jak to przestawiono na fig. 4-7. Wręcz przeciwnie, w tym przykładzie wykonania występuje możliwie największa odległość 47, 48, 49 między rurami, patrz fig. 4. Rozwiązanie to tylko w nieznacznym stopniu podnosi koszty wymiennika ciepła ponieważ, jeśli odległość między rurami zwiększa się, wymaga to tylko zwiększenia ilości materiału potrzebnego do wykonania kolektorów zbiorczych i obudowy, podczas gdy ilość spoin koniecznych do wytworzenia takiego wymiennika ciepła pozostaje taka sama. Wynik tych pomiarów jednak jest taki, że osady na rurach mogą narastać dłużej (w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu 33 spalin, jak to przedstawiono na fig. 3), zwiększając siły bezwładności na materiał osadowy, gdy rury są wprawiane w drgania podczas ich ostukiwania (strzałka 69 na fig. 6). Przy oczyszczaniu wymiennika z wykorzystaniem śrutowania lub przedmuchiwania parą, zaleta ta jest właściwie niezauważalna. Ważne jest zwłaszcza to, że odległość 33' i 51 między osadami 34 i rurą poprzedzającą ma taki duży wymiar, jaki jest możliwy w celu zapewnienia kontynuacji swobodnych drgań rury. Ponieważ w przypadku, gdy odległość 33' jest mniejsza niż amplituda drgań rury, osady zalegające na rurze 31 będą dotykały do powierzchni rury poprzedzającej 30 powodując stratę energii drgań, tak, że dalsze oczyszczanie rur staje się nieefektywne. W praktyce pojawia się nagłe zwiększenie grubości warstwy zanieczyszczeń, które wymaga zastosowania innych sposobów oczyszczania (takich jak sposoby eksplozyjne) lub kocioł musi być nawet wyłączony z ruchu, aby można było przeprowadzić ręczne czyszczenie. Przy budowie kotłów o szerokich kanałach, w każdym z nich występuje

PL 201 326 B1 przepływ spalin o projektowanie niskiej prędkości, a przy połączeniu takiego przepływu ze schodkowym układem rur, osiąga się następujące korzyści:

- Liczba rur liczona na każdy kolektor jest zmniejszona o połowę, tak, że ciężar zestawu nie staje się zbyt duży dla efektywnego oczyszczania przy wykorzystaniu ostukiwania rur.

- Jeśli odległość 48 jest wybrana tak, aby miała ten sam wymiar jak w przypadku układu konwencjonalnego 37, odległość rur w kierunku poprzecznym jest dwa razy większa. To znaczy, że minimalna odległość 49 między rurami jest większa niż w przypadku układu konwencjonalnego i w związku z tym występuje tu większa przestrzeń, w której mogą pomieścić się zanieczyszczenia zanim pojawią problemy związane z wolnym kanałem 52.

- W porównaniu ze znanym układem szeregowym 34, warstwy osadu 51 mogą stać się grubsze zanim zetkną się z powierzchnią poprzedzającej rury (warstwy osadu 51 w stosunku do odległości 33').

- Ponieważ odległość 47 do następnej rury jest większa, co łagodzi nieco powstawanie wirów Karmana 43, tak, że rury są poddawane mniejszemu zużyciu erozyjnemu.

Połączenie z tą konfiguracją kompensuje dodatkowe koszty związane z szerszą konstrukcją kotła, ponieważ pojawia się rozważana redukcja bieżących kosztów odpowiednio do faktu, że następuje bardziej znacząca redukcja występujących zanieczyszczeń i zużycia konstrukcji.

Jako wynik proponowanej konfiguracji można zaobserwować, że bryły osadów popiołów lotnych opadające podczas procesu oczyszczania przez ostukiwanie mogą być większe. Zatem, jeśli rury usytuowane są pionowo, odległość w dolnej części między kolektorami zbiorczymi musi mieć taki wymiar, aby bryły osadów usuniętych z powierzchni rur mogły swobodnie przemieścić się między nimi. Aby można było rozstawić kolektory zbiorcze w odpowiedniej odległości, kolejno ustawione kolektory, w korzystnym przykładzie wykonania zamontowane są na różnych wysokościach. W preferowanym rozwiązaniu jest to wykonane dzięki temu, że kolejne zestawy rur mają różną wysokość, przy czym ta różnica wysokości, korzystnie odpowiada w przybliżeniu odległości 47 między kolejnymi rurami. W praktyce, może być ona dopasowana do odległości 47 i 49. Fig. 7 przedstawia widok z boku części zawierającej sześć zestawów obejmujących dwa rzędy rur osłonowych 41, 44 i cztery rzędy rur przegrzewacza pary usytuowanych za nimi (tylko rzędy 45, 42 są ponumerowane). Wszystkie rury są połączone z kolektorami zbiorczymi, przy czym kolektory dolne zostały oznaczone numerami 61 - 66. Kolektory te są rozmieszczone na różnych wysokościach.

Szczególnie ważna jest kombinacja rozwiązania według przedmiotowego wynalazku z rozwiązaniem według równocześnie zgłoszonego zgłoszenia patentowego opracowanego przez tego samego wynalazcę, dotyczącego konstrukcji obejmującej rury, które mają niekołowy przekrój poprzeczny, co chroni przed narastaniem osadów zanieczyszczeń, ułatwia oczyszczanie rur i zapobiega osadzaniu się osadów. Korzystnie, obydwa te rozwiązania mogą być zastosowane wspólnie z innymi, znanymi rozwiązaniami które mają na celu uzyskanie instalacji do spopielania odpadów z którego uzyskuje się energię elektryczną przy wydajności równej 30%.

Szczególnie preferowanym rozwiązaniem jest ograniczenie prędkości spalin w kanale przepływowym do prędkości poniżej 4 m/s, a korzystnie 2 do 3 m/s, a prędkości spalin przepływających przez wymiennik ciepła przy wlocie do wartości poniżej 4 m/s, gdy wymiennik ciepła działa w przeciwprądzie, i w którym temperatura spalin przy wlocie do wymiennika ciepła nie przekracza 700°C a korzystnie wynosi 630°C.

Wynalazek opisany powyżej i przestawiony na figurach rysunku prezentuje korzystny przykład wykonania wynalazku. Wynalazek jest ograniczony tylko treścią załączonych zastrzeżeń patentowych.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Wymiennik ciepła, w którym spaliny prowadzone są wzdłuż rur, przez które przepływa para, aby wytworzyć parę przegrzaną, przy czym wymiennik ciepła zawiera rury osłonowe, których średnica różni się od średnicy rur przegrzewacza pary, które usytuowane są bezpośrednio za nimi, patrząc w kierunku przepływu, aby zminimalizować grubość warstw osadu, i ograniczyć oddziaływanie korozyjne i erozyjne, znamienny tym, że średnica rur osłonowych (8) jest mniejsza niż średnica rur przegrzewacza pary (15).
2. Wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że wymiennik ciepła (5) jest wyposażony w rury osłonowe (8), których średnica jest większa niż średnica rur przegrzewacza pary (15), znajdujących się bezpośrednio za nimi, patrząc w kierunku przepływu.

PL 201 326 B1
3. Wymiennik ciepła według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że rury osłonowe (8) są rurami ściany parownika (6).
4. Wymiennik ciepła według zastrz. 3, znamienny tym, że rury ściany parownika (6) i rury osłonowe (8) oddalone są od siebie na odległość przynajmniej 20 cm, a korzystnie 35-45 cm.
5. Wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że wymiennik ciepła (5) jest wyposażony w rury osłonowe (8), których średnica jest mniejsza niż średnica rur przegrzewacza pary (15), znajdujących się bezpośrednio za nimi, patrząc w kierunku przepływu.
6. Wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że rury sąsiednich zespołów, ustawionych kolejno jeden za drugim, patrząc w kierunku przepływu, są rozmieszczone w układzie schodkowym w stosunku do siebie.
7. Wymiennik ciepła według zastrz. 1, znamienny tym, że kolektory zbiorcze kolejnych zespołów są usytuowane na zróżnicowanej wysokości jeden, w stosunku do drugiego.