PL94121B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do wytwarzania pary, zwlaszcza zawierajace wymiennik ciepla z kilkoma pionowo umieszczonymi zlozami fluidalnymi wytwarzajacymi cieplo.

Zastosowanie drobnoziarnistego paliwa stalego, takiego jak wegiel, jako zródlo ciepla jest znane w technice wytwarzania pary. W niektórych urzadzeniach paliwo jest umieszczone w stalym zlozu z ruchomym rusztem lancuchowym pobudzajacym reakcje spalania, a w zlozu krazy woda odbierajaca cieplo i przetwarzana w pare. Jednakze urzadzenia te maja szereg niedogodnosci wlacznie z zagadnieniem dodawania i usuwania nadmiaru paliwa stalego ze zloza w czasie pracy urzadzenia. Uzyskuje sie równiez tylko niewielka sprawnosc wymiany cieplnej, a temperatury zloza sa czesto nierówne i trudne do ustalenia* < W przeszlosci próbowano uzyskiwac cieplo do wytwarzania pary ze zloza fluidalnego, w którym powietrze jest przepuszczane pionowo do góry przez mase paliwa granulowanego powodujac jego przejscie w stan zawiesiny gazowej. Zloze fluidalne ma wyzsza sprawnosc cieplna, powoduje mniejsza korozje, mniejsze zanieczyszczenie kotla oraz pozwala na spalanie w niskiej temperaturze.

Stosowanie zlóz fluidalnych bylo ograniczone do urzadzen, w których panowalo cisnienie atmosferyczne.

Stwierdzono, ze sprezone do dziesieciu lub wiecej atmosfer zloze fluidalne moze miec mniejsza powierzchnie dzieki wiekszej gestosci gazów spalinowych. Pozwala to na stosowanie glebszych zlóz, zmniejszenie ogólnej ich powierzchni, zmniejszenie kosztu budowy, zmniejszenie kosztu wytwarzanie przez zwiekszenie ilosci elementów produkowanych fabrycznie oraz zmniejszenie czasu montazu. Glebsze zloze polepsza równiez sprawnosc spalania oraz odzyskiwania siarki dzieki zwiekszeniu czasu pozostawania gazów w obszarze spalania.

Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji urzadzenia do wytwarzania pary zawierajacego wiele zlóz fluidalnych, które moze byc wytwarzane w prosty sposób z malej ilosci czesci skladowych. Cel wynalazku osiagr;eto przez to, ze urzadzenie do wytwarzania pary zawiera obudowe, srodki umozliwiajace umieszczenie2 94 121 w obudowie wielu pionowo w odstepach usytuowanych zlóz paliwa, srodki do przepuszczania sprezonego powietrza przez kazde ze zlóz dla polepszenia warunków spalania oraz utrzymania zlóz w okreslonych z góry temperaturach, oraz srodki do przepuszczania czynnika wymiany ciepla przez zloze fluidalne.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1« przedstawia generator pary stosowany w urzadzeniu wedlug wynalazku w czesciowym przekroju, fig. 2 - czesc generatora pary z fig. 1 > w schematycznym widoku perspektywicznym, fig. 3 - generator w przekroju poprzecznym z pominieciem czesci rurekf fig. 4— schemat blokowy urzadzenia wedlug wynalazku.

Przedstawiony na fig. 1 'generator zawiera obudowe 10 z kilkoma otworami dla przejscia przewodów i rur.

W obudowie umieszczony jest wymiennik ciepla 12 skladajacy sie ze sciany przedniej 14, sciany tylnej 16 oraz sciany posredniej 18. Sciany boczne 20, 22 pominiete dla lepszej widocznosci na fig. 1 przebiegaja od sciany przedniej 14 do sciany tylnej 16. Fig. 2 - kazda ze scian jest wykonana z wielu cienkich rurek polaczonych za pomoca spawania w znany sposób i przebiegajacych na calej dlugosci sciany.

Poziome perforowane plyty 24, które rozdzielaja przeplywajace powietrze rozmieszczone sa w odstepach, w obszarze ograniczonym scianami 14, 18, 20, 22 dzielac ten obszar na wiele umieszczonych pionowo jedna nad druga komór, ograniczajacych cztery zloza 26a, 26b, 26c i 26d. Wysokosc kazdego zloza jest znacznie wieksza niz jego glebokosc w poziomie.

Bezposrednio ponizej kazdego zloza 26a, 26b, 26c i 26d umieszczona jest komora wypelniona powietrzem i zasilana powietrzem przez pare przepustnic 28. Plyty 24 kieruja powietrze do zlóz dla ich fluidyzacji. Paliwo granulowane, dostarczane podajnikiem powietrznym lub podobnym, naplywa do zloza 26 przez rurki 29, przechodzace przez odpowiednie otwory wykonane w sciankach 16 i 18 obudowy 10. Na fig. 1 przedstawiono przy kazdym zlozu tylko jedna rurke 29, w praktyce jednak do kazdego zloza dochodzi wiele rurek, a kilka wychodzi na zewnatrz przez sciane 18 i sciane 14.

Korzystnie paliwo granulowane ma postac mieszaniny rozdrobnionego wegla bitumicznego i wapienia, przy czym wapien sluzy jako sorbent siarki uwolnionej w czasie spalania wegla. Poniewaz niska temperatura spalania oraz maly nadmiar powietrza redukuja równiez dwutlenek azotu z gazów spalinowych, gazy te zawieraja minimalna ilosc zanieczyszczen.

Powietrze sprezane na zewnairz w zespole opisanym ponizej wchodzi do obudowy 10 przez kanal wlotowy , przy czym wchodzi ono do przestrzeni miedzy obudowa 10 oraz wymiennikiem ciepla 12 i dzieli sie na dwa strumienie przed wejsciem do przepustnic 28 zwiazanych z kazdym zlozem 26a, 26b, 26c, 26d i powoduje w znany sposób fluidyzacje zloza. Ilosc oraz szybkosc powietrza przeplywajacego przez zloze sa regulowane tak, ze dostarczane powietrze wystarcza do fluidyzacji paliwa w zlozu, uzyskania oszczednego spalania i dobrej wydajnosci cieplnej z jednostki powierzchni zloza, a jednoczesnie pozwala na unikniecie zbyt duzych strat drobnych czastek paliwa ze zloza oraz umozliwia dostatecznie dlugie przebywanie gazów w zlozu, aby nastapilo oczyszczenie gazów z siarki przez absorbent dodany do paliwa.

Gorace gazy ze zlóz fluidalnych 26a, 26b, 26c, 26d uchodza przez kanaly wyjsciowe 32, usytuowane w scianie 18 oraz mieszaja sie w obszarze miedzy scianami 16 i 18 przed wyjsciem na zewnatrz przez kanal wyjsciowy '34 w scianie 16. W urzadzeniu zastosowano wiele kolektorów przewodów opadowych wraz z siecia przewodów doprowadzajacych dla zapewnienia wlasciwego kierunku przeplywu wody przez rurki scian 14,16, 18, 20 i 22 oraz zlóz 26 w celu stopniowego jej nagrzania.

Przedstawiony na fig. 2 kolektor 36 uformowany jest z trzech rur polaczonych w ksztalcie litery U, której podstawa lezy we wspólnej plaszczyznie z i ponad sciana 16. Kolektor 38 w postaci prostego przewodu umieszczony jest bezposrednio nad sciana 18. Zastosowano równiez pare kolektorów 40 i 42 w ksztalcie litery L, przy czym jedno ramie kolektora 40 lezy w plaszczyznie sciany 20 a drugie ramie w plaszczyznie sciany 14, natomiast jedno ramie kolektora 42 lezy w plaszczyznie sciany 14 a drugie ramie w plaszczyznie sciany 22.

W podobny sposób kolektor 44 w ksztalcie litery U umieszczony jest w dolnej czesci wymiennika ciepla 12, przy czym jego podstawa lezy zasadniczo w plaszczyznie i ponizej sciany 16. Kolektor 46 jest umieszczony na koncu sciany 18 i lezy we wspólnej z nia plaszczyznie, podczas gdy para kolektorów 48 I 50 w ksztalcie litery L, zasadniczo podobnych ksztaltem kolektorów 40 i 42, jest rozmieszczona w analogicznej pozycji przy dalszych zakonczeniach scian 14,20 i 22. ' Jakkolwiek na fig. 2 przedstawiono kolektory Jako wykonane z pelnych odcinków rur nalezy rozumiec, ze kazda z rur ma odpowiednia liczbe otworów do wprowadzenia cienkich rurek tworzacych sciany.

W urzadzeniu zastosowano równiez duza ilosc przewodów opadowych lub pionowo przebiegajacych przewodów 52, 54, 55, 56 i 58, które za pomoca przewodów zasilajacych polaczone sa z róznymi kolektorami i sluza do kierowania wody i pary wodnej przez rózne czesci scian 14,16 i 18.

Woda jest poczatkowo wprowadzana przewodem 60, a nastepnie zostaje rozprowadzona do wielu rur calkowicie zanurzonych w najnizszym zlozu 26a. Rury te sa rozmieszczone w odstepach wzdluz szerokosci94121 j wymiennika cieplnego, przy czym kazda przebiegajaca na ksztalt serpentyny, tworzy peczek lub wiazke rur oznaczona odnosnikiem 64 z których tylko najbardziej zewnetrzna pokazana jest na fig. 1.

Woda zostaje czesciowo odparowana w górnej petli wiazki 64 rur, a mieszanine cieczy i pary zbiera sie w kolektorze 65 i zostaje skierowana przewodem 66 zasilajacym do przewodu-56 opadowego, skad woda przechodzi w dól do kolektora 44 polaczonego z cienkimi rurkami, tworzacymi sciane 16 oraz czesci scian 20 i 22 (fig. 2). Mieszanina pary z ciecza jest dalej kierowana w góre przez sciane 16 i czesci scian 20 i 22 do kolektora 36. Z tego ostatniego mieszanina przechodzi przez wiele przewodów zasilajacych 68 do przewodu opadowego 52, gdzie splywa w dól ido kolektora 46 przewodem zasilajacym 70. Kolektor 46 rozdziela mieszanine do cienkich rurek two* icych sciane 18, gdzie woda przeplywa wzwyz do kolektora 38 a z niego przez przewód zasilajacy 72 do prztv..odu opadowego 58.

Z przewodu opadowego 58 mieszanina przechodzi przez przewody zasilajace 74 do kolektora 50, który rozdziela mieszanine do naroznika utworzonego przez sasiednie sekcje sciany 14 i sciany 22. Nastepnie mieszanina wedruje w góre przez sekcje scian 14 i 22 do kolektora 42 i przez przewody zasilajace 76 do przewodu opadowego 54 mieszanina zostaje przeslana przewodem 78 zasilajacym do kolektora 48, który rozdziela mieszanine do naroznika utworzonego przez sasiadujace czesci scian 14 i 20. Nastepnie mieszanina przechodzi w góre przez wymienione ostatnio czesci scian 14 i 20 do kolektora 40, a z niego przewodem zasilajacym 80 do kolektora 55. Fig. 1 \2 nie sa calkowicie zgodne ze soba w odniesieniu^o rozmieszczenia kilku opisanych wyzej przewodów zasilajacych. Jest to wynikiem koniecznosci jasniejszego przedstawienia urzadzenia na rysunku, a ponadto usytuowanie przewodów zasilajacych nie jest przedmiotem wynalazku.

Skoro przewody opadowe nie sa ogrzewane, ruch mieszaniny cieczy i gazu w ogrzewanych scianach jest skierowany wylacznie do góry. Zapewnia to minimalizacje zjawiska rozdzielania sie cieczy i pary a przez to znacznie zmniejsza zmeczenie termiczne rur, wynikajace z naprzemian zachodzacego zwilzania i suszenia rur przez niejednorodna mieszanine. Przewód opadowy 55 laczy sie z kolektorem 82, który kieruje pare do wiazek rurowych 83 zanurzonych w zlozu 26b a z tego ostatniego, przez zespól 86 zasilajaco-kolektorowy do wiazki 88 zanurzonej w zlozu 26c. Powoduje to wzrost temperatury pary az do przegrzania jeszcze przed wprowadzentern jej do kolektora 90, skad p ra wychodzi do turbiny kanalem wylotowym 92. Wiazka rurek 94 umieszczona w górnej czesci zloza 26d sluzy do odbioru pary o stosunkowo niskiej temperaturze, wykorzystanej uprzednio w innym stopniu turbiny, w celu ponownego jej nagrzania przed powtórnym uzyciem. Pare odbiera sie przewodem 96 wlotowym i przekazuje przez kolektor 98 do wiazki 94 rurek, gdzie pare nagrzewa sie, po czym uchodzi ona przez kolektor 100 i kanal wylotowy 102.

W przestrzeni pomiedzy dalszymi czesciami scian 16 i 18 rozmieszczone jest dodatkowe zroie w formie komory 104 dopalania wegla. Komora 104 jest wypelniona p:liwem pochodzacym z pierwszego zloza fluidalnego, które zostalo wychwytane i zebrane oraz doprwadzane do komory przez kanal wlotowy 106 ty celu spalenia. Komora 104 zaopatrzona jest w obieg powietrza, niezalezny od opisanego obiegu pierwotnego, w postaci kanalu wlotowego 108, przez który powietrze przechodzi do przepustnicy 109, a nastepnie do zlota kanalu wylotowego 110. < Na fig. 4 przedstawiono schematycznie kierunki przeplywu powietrza i gazów w ukladzie wytwarzania pary wedlug wynalazku. W szczególnosci ogrzane gazy z gazowego kanalu wylotowego 34 oraz kanalu wylotowego 110 z komory dopalania zostaja polaczone i trafiaja do filtra 120 pylów typu cyklon, który usuwa drobne czastki paliwa zawarte w gazie i kieruje je do kolektora 122 pylu, a nastepnie do wtrysktwacza 124, który wtryskuje je, przez wlot 106, powtórnie do komory 104 dopalania dla dalszego spalenia. ¦ Powietrze z filtra 120, wzglednie oczyszczone od drobnych czastek paliwa przechodzi na strone wlotowa turbiny 126 gazowej, sprzezona z kompresorem 128, który pobiera powietrze atmosferyczne i spreza je przed wprowadzeniem do kanalu 30 wlotowego obudowy 10. Turbina 126 gazowa napedza równiez w znany sposób generator 130 stanowiacy pomocnicze zródlo mocy w stosunku do glównej turbiny, do której para doprowadzana jest kanalem 92 wylotowym jak opisano powyzej.

W czasie pracy sprezone powietrze z kompresora 128 wchodzi do obudowy 10 kanalem wlotowym 30 i wypelnia przestrzen miedzy scianami z rur wymiennika 12 ciepla oraz obudowa 10. Ta objetosc powietrza sluzy jako wstepne napelnienie i zostaje rozdzielona do zlozy 26a, 26b, 26c, 26d przez odpowiednie, przepustnice 28 powietrza. Paliwo w poszczególnych zlozach zostaje zapalone I dzieki fluidyzacji powietrzem nastepuje stosunkowo szybkie przenikanie ciepla ze zloza do rurek. Spaliny ze zlóz przeplywaja na zewnatrz kanalami wylotowymi 32 a nastepnie przez kanal 34 do cyklonu 120 w celu oczyszczenia i dalszego wykorzystania jak opisano wyzej. < Woda przeznaczona do odparowania wplywa do generatora 1? w dnie zloza 26a kanalem wlotowym 60 I przechodzi przez peczek 64 rur przed skierowaniem do róznych czesci scian 14, 16,1B, 20,22 przez kolektory i przewody zasilajace opisane powyzej w celu calkowitego odparowania. Zostatniej czesci sciany para przechodziL I 4 94 121 do peczków 84, 88 stopnia przegrzewania, a po przegrzaniu do kolektora 90, skad przez kanal wylotowy 52 trafia do turbiny parowej (nie pokazanej na rysunku).

Urzadzenie wedlug niniejszego wynalazku ma wiele zalet. Na przyklad zastosowanie pionowo jedna nad druga umieszczonych komór ograniczonych ciaglymi scianami znacznie zmniejsza czas i koszt wytwarzania, poniewaz umozliwia zmniejszenie kolektorów, rur laczacych oraz przewodów opadowych, jednak pozwala maksymalnie wykorzystac istniejace powierzchnie wymiany ciepla. Oczywiscie swobodny przeplyw granulowanego paliwa w zlozu fluidalnym zapewnia szybka wymiane ciepla zarówno w samym zlozu jak i miedzy zlozem i zanurzonymi wiazkami rurek. W wyniku tego temperatura zloza jest jednorodna i latwa do ustalenia.

Koszt urzadzenia jest zredukowany dzieki zmniejszeniu przekroju poprzecznego kotla oraz zmniejszeniu liczby elementów, które sa produkowane fabrycznie, przez co wymiary kotla mieszcza sie w ograniczeniach transportowych j ciezarowych. Równiez uproszczony jest znacznie sposób rozpalania, dzieki przyporzadkowaniu tylko jednej funkcji grzewczej kazdemu zlozu, przez co kazde zloze moze byc rozpalone bez wstepnego nagrzewania. Tak wiec zloza odparowania sa rozpalane jako pierwsze z obiegiem wodnym, a zloza przegrzewania sa rozpalane ostatnie po wytworzeniu pary. ¦ Przyporzadkowanie oddzielnych funkcji grzewczych poszczególnym zlozom równiez upraszcza i poprawia warunki sterowania temperatura pary przez zróznicowane spalanie wegla w kazdym zlozu. Konstrukcja modulowa ulatwia kontrolowanie zaladowaniem co pozwala na zmniejszenie czasu zaladowania, poniewaz poszczególne moduly moga byc obsluzone bez rozlaczania calego ukladu kotla.

Pionowo jedno nad drugim ulozone zloza ze scianami rurek wodnych upraszczaja obieg oraz powoduja zmniejszenie liczby kolektorów, przewodów opadowych oraz przewodów zasilajacych. Tak wiec scienna konstrukcja wodno-rurkowa zapewnia wsparcie dla powierzchni wymiany ciepla, czesci cisnieniowych oraz zlóz fluidalnych, zabezpiecza sciany ograniczajace przed gazami o wysokiej temperaturze, tworzy powierzchnie wymiany ciepla, powiekszajac tym samym wykorzystanie wszystkich elementów skladowych w podstawowej funkcji wymiany ciepla, zapewnia oddzielenie gazów spalinowych i powietrza wlotowego, redukuje wymagania dotyczace powierzchni w zlozu, zmniejsza koszty wytwarzania przez mozliwosc seryjnej produkcji, zmniejsza koszt konserwacji. • Jeszcze inne zalety wymiennika ciepla wedlug wynalazku obejmuja zmniejszenie korozji rurr dzieki stosunkowo niskiej temperaturze spalania oraz zmniejszenie kosztu, poniewaz ze wzgledu na dobre warunki wymiany ciepla i stosunkowo niska temperature moga byc uzyte tansze materialy konstrukcyjne.

Zastosowanie sprezonego powietrza do fluidyzacji zloza daje dalsze korzysci. Na przyklad pionowa wysokosc kazdego zloza moze byc powiekszona pozwalajac przez to na odpowiednie zmniejszenie szerokosci i dlugosci zloza. Umozliwia to maksymalne zastosowanie fabrycznej produkcji elementów i zmniejszenie kosztów w wyniku dostosowania wymiarów elementów do wymagan transportu, jak równiez zmniejszenie ceny budowy, dzieki wykonaniu naczynia cisnieniowego o stosunkowo malej srednicy. Mniejsze sa równiez trudnosci, a wiec równiez koszty zwiazane zwykle z mechanicznym podawaniem wegla do zlóz.

Zwartosc budowy oraz sposób obslugi wymiennika ciepla stwarzaja mozliwosc laczenia go w uklady modulowe. Cztery lub piec wyzej opisanych jednostek moze byc ustawionych jedna obok drugiej. Zakres zmian, modyfikacji i wariantów wynika z opisu i w pewnych przypadkach pewne cechy wynalazku mozna wykorzystac bez zastosowania pozostalych cech.

Claims (9)

Zastrzezenia patentowe

1. Urzadzenie do wytwarzania pary, znamienne tym, ze zawiera srodki umozliwiajace umieszczenie w obudowie (10) wielu pionowo, w odstepach usytuowanych zlóz (26a, 26b, 26c, 26d) paliwa granulowanego, zródla sprezonego powietrza, srodki do przepuszczania sprezonego powietrza przez kazde ze zlóz paliwowych dla polepszenia warunków spalania oraz utrzymania zlóz w okreslonych z góry temperaturach, oraz srodki do przepuszczania przez zloze fluidalne czynnika wymiany ciepla,

2. Urzadzenie wedlug zastrz. 1; znamienne tym, ze srodki do przepuszczania czynnika wymiany ciepla zawieraja wiele pionowo usytuowanych i polaczonych razem rur tworzacych sciany (14, 16,18, 20, 22).

3. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze srodki do przepuszczania czynnika wymiany ciepla zawieraja ponadto przewody (52, 54, 55, 56) rurowe kierujace czynnik do nizszych zakonczen czesci rur, skad przeplywa on w góre do górnych zakonczen rur.

4. Urzadzenie wedlug zastrz. 3; znamienne tym, ze przewody rurowe (52, 54, 55, 56) usytuowane sa tak, ze kieruja czynnik z górnych zakonczen rur w kierunku do dolu a nastepnie na zewnatrz tych rur do innej czesci rur, gdzie nastepuje przeplyw w kierunku do góry.94121 5

5. Urzadzenie wedlug zastrz. 3, znamienne tym, ze przewody rurowe (52, 64, 55, 56) kieruja czynnik wymiany ciepla przez co najmniej jedno ze zlóz przed skierowaniem go do rur.

6. Urzadzenie wedlug zastrz. 3, znamienne tym, ze przewody rurowe kieruja czynnik wymiany ciepla pftez co najmniej jedno ze zlóz po przejsciu czynnika przez rury.

7. Urzadzenie wedlug zastrz. 6; znamienne tym, ze czynnikiem wymiany ciepla jest woda, a temperatury w zlozach sa takie, ze woda zostaje odparowana w wyniku przejscia przez rury, a temperatura pary ' wzrasta do zakresu przegrzania w wyniku przejscia pary przez zloza.

8. Urzadzenie wedlug zastrz. 1/tn a m i e n n e tym, ze zródlo sprezonego powietrza zawiera kompresor (128) powietrzny, a srodki do przekazywania powietrza zawieraja zespoly do kierowania powietrza z kompresora do zlóz,

9. Urzadzenie wedlug zastrz. 8, znamienne tym, ze zawiera ponadto turbine (130) gazowa polaczona z kompresorem (128) powietrznym oraz srodki do kierowania gazów ze zlóz do turbiny napedzanej gazem, <94121 FIG 4 WDt FIG3 ,K> Y fc. IM- »* L tó» J* Prac, Poligraf. UP PRL naklad 120+18 Cena 10 zl