SE533545C2 - En panna försedd med kyld skärmvägg i rökgången - Google Patents

Description

20 25 30 533 545 áL Härigenom kan man ta upp värmen i pannans rökgång på ett förbättrat sätt, och även nå en högre praktiskt användbar överhettningstemperatur.

Ett annat syfte är att erhålla en skärrnvägg som enkelt kan installeras som en uppgradering av en panna, där skärmväggen kan installeras i rökgången för omledning av rökgaserna i önskad grad så att förbränningen blir optimal.

Ytterligare ett syfte är att med skärmväggarna bygga upp avskilda utrymmen i pannans rökgång där man kan elda med ett mindre korrosivt bränsle.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Uppfinningen avser en panna med ett cirkulationssystem för pannvatten eller ånga, vars flöde kan drivas enbart genom självcirkulation, eller där pumpar kan finnas för att underlätta och underlätta flödet. Cirkulationssystemet innefattar vattenledningar eller ångledningar anordnade att vid drift av ångpannan kunna cirkulera pannvatten genom ledningarna i ett kretslopp där vatten går från ångdomen i yttre fallrör till eldstad och konvektiondelar och där vatten och ånga går från eldstaden och konvektionsdelar upp till en ångdom där ånga skiljs av från kretsloppet. Ångan kan sedan ledas från ångdomen direkt eller via mellanliggande överhettare till värrneupptagande skärrnväggar enligt uppfinningen.

Pannan innefattar en tunnväggig skärmvägg i rökgasgången anordnad utstickandes från rökgångens väggar och avsedd att styra rökgaserna i rökgången förbi dessa skärmväggar utan att passera igenom dessa skärrnväggar. Skärrnväggen är kyld och innefattar ett flertal i skärmväggen integrerade yttre rörtuber anordnade i skärrnväggens plan och ett inre rör placerat i den yttre rörtuben. Den yttre rörtuben har en övre ände med en öppen anslutning till en av vattenledningama för pannvatten och en tillsluten nedre ände. Det inre röret har en övre öppen ände ansluten till en vattenlcdning för pannvatten och en nedre Öppen ände vid det yttre rörets tillslutna nedre ände. I en del utföringsforrner är det inre rörets övre öppna ände belägen vid det yttre rörets övre ände och de är anslutna till samma vattenledning eller flöde för pannvatten.

Rörtuberna i skärrnväggen kan valfritt sträcka sig i vertikal eller horisontell riktning nedåt från den punkt där det yttre röret är anslutet till en vattenledning.

I en töredragen utföringsfonn utgör den axiella längden på de yttre rörtubema minst 70 % av skärrnväggens utstickslängd från rökgångens väggar.

Lämpligen är även närliggande yttre rörtuberi skärmväggen sammanbundna med värrneledande törbindelsestycken över minst 70 % av de yttre rörtubemas axiella längd.

Dessa förbindelsestycket kan lämpligen utgöras av ett plåtar eller plattj äm som företrädesvis 10 15 20 25 30 533 545 5 svetsats fast på de yttre rörtubema. Alternativt kan annan förankring ske utan att svetsning utförs på de ofta tryckklassade rörtuberna.

För att ytterligare skydda de yttre rörtuberna så kan dessa vara är inmurade i ett eldfast material som bildar skännväggens ytteryta.

I de fall skärmväggarna skall fungera som kokytor användes som värrneupptagande media den vätska som cirkuleras genom ledningama för kylning av de yttre rörtubema, vilken vätska leds från en ångdom antingen direkt eller via andra kokytor eller utgörs av nytillsatt vätska som ersätter det som drivs av i ångan, I de fall skärmväggarna skall fungera som överhettare for ånga användes som värmeupptagande media den ånga som cirkuleras genom ledningama för kylning av de yttre rörtuberna, vilken ånga leds från en ångdom antingen direkt eller via andra överhettare.

I de fall som man i rökgasgången i aktuell position för skärmväggen vill ha åtkomst till rökgasgången anordnas lämpligen i det inre röret ett invändigt anordnat koncentriskt genomföringsrör, vilket leder genom hela det inre röret och utmyrmar i det yttre rörets andra slutna ände. Genom detta genomföringsrör kan man ansluta till en källa för tillsättning av additív till rökgascma via skärmväggcn, eller ansluta till en kontrollenhet för anslutning till ett terrnoelement anordnat vid det yttre rörets andra slutna ände och vilket termoelement är exponerat för rökgaserna.

Enligt en annan utföringsform kan en rökgaskanal bildad av pannans väggar innefatta en avskiljande mellanvägg som skiljer två delar av rökgaskanalen från varandra. Mellanväggen kan då vara åtminstone delvis uppbyggd av en kyld skärmvägg enligt uppfinningen, det vill säga en kyld skärmvägg som innefattar ett flertal integrerade yttre rörtuber med ett inre rör placerat iden yttre rörtuben och vilken yttre rörtub i en övre ände har en öppen anslutning till en av vattenledningama för pannvatten och en tillsluten nedre ände varvid det inre röret har en övre öppen ände vid det yttre rörets övre ände och en nedre öppen ände vid det yttre rörets tillslutna nedre ände och varvid den kylda anordningen sträcker sig åtminstone delvis i vertikal riktning nedåt från den punkt där det yttre röret är anslutet till vattenledningen eller ångledningen.

KORT BESKRIVNING AV FIGURERNA Figur 1 visar sehematiskt en genomskäming av en panna, här en sodapanna; Figur 2a visar en kyld skärmvägg i en första utföringsform av uppfinningen; Figur 2b visar skärmväggen i figur 2a sedd i en vy underifrån; 10 15 20 25 30 533 545 H Figur 3a visar en kyld skärmvägg i en andra utföringsfonn av uppfinningen; Figur 3b visar skärrnväggen i figur 3a sedd i en vy underifrån; Figur 4 visar flödet av kylvatten genom en rörtub som användes i skärmväggen; Figur 5 visar en kyld skärmvägg i en tredje utföringsform av uppfinningen; Figur 6 visar en kyld skärmvägg i en fjärde utföringsform av uppfinningen; Figur 7 visar en kyld skärmvägg i en femte utföringsform av uppfinningen; Figur 8 visar en kyld skännvägg i en sjätte utföringsforrn av uppfinningen; Figur 9 visar en kyld skärmvägg i en sjunde utföringsforrn av uppfinningen krökt i en cylindrisk form; Figur 10 visar en kyld skärrnvägg i en åttonde utföringsform av uppfinningen med krökt cylindrisk form.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Med hänvisning till Figur l visas en panna 1 som innefattar en eldstad 6 där förbränningen sker. Pannan 1 kan som visas i figuren vara en sodapanna där svartlut BL sprutas in i botten på eldstaden under det att förbränningslufien tillförs i olika nivåer. Lufttillsättningen sker normalt i en sodapanna med primärluft PMR längst ner mot botten, och sedan med sekundärlufi SMR lite högre upp, men fortfarande under tillsättningspunkten för svartlut, och slutligen med tertiärlufi i en eller flera nivåer, TAIRJ samt TAIRQ, ovanför svartluttillsättningen. Kritiskt för sodapannans förbränning i eldstaden är att uppåtflödet av rökgaser inte går för snabbt ut mot utloppet, varför de olika lufttillsättningarna kan ske korsvis för att påverka uppehållstiden i de olika zonema och med ökande lufiandel(mot och över stökiometriskt förhållande) under passagen i rökgången.

Pannan kan dock vara vilken annan panna som helst där en produktion av hetvatten och/eller ånga sker, exempelvis FB pannor (F luidiserande Bädd), kraftpannor, kraft-värme pannor eller vanliga ångpannor, vilka antingen eldas med bränslen eller avfall.

Pannan 1 har ett cirkulationssystern för pannvatten, inklusive eventuella pumpar.

Cirkulationssystemet innefattar vattenledningar 3, 4 som är anordnade att vid drift av ångpannan 1 kunna cirkulera pannvatten genom ledningama 3, 4 i ett kretslopp där vatten och ånga i en uppvärmd vätska HL går fi'ån eldstadens 6 olika värrneupptagande ytor 12a-12d och upp till en ångdom 5 där ånga skiljs av från kretsloppet och vatten CL rinner åter i riktning 10 15 20 25 30 35 533 545 E mot eldstaden 6 och dess värrneupptagande ytor för passage av dessa igen. Ånga ST kan sedan ledas från ångdomen till andra värrneupptagande ytor för erhållande av överhettad ånga.

I Figur l anger hänvisningssiffran 3 vattenledningar där vatten och ånga HL stiger i riktning mot ångdomen 5 medan hänvisningssiffran 4 betecknar vattenledningar där vatten CL rinner ned från ångdomen 5 i riktning mot området för eldstaden 6. De nedåtgående vattenledningama 4 kan lämpligen vara anordnade skilda från eldstaden 6, till exempel på utsidan av ångpannan 1 för att inte vatten som rinner från ångdomen skall tillföras värme på vägen nedåt. Väl nere i onirådet för eldstaden 6 kan sedan vattnet användas för att ta upp väimeenergi och föra värmeenergin vidare till ångdomen. Pannvattnets cirkulation i ledningama sker ofiast genom en kraftig själveirkulation som drivs av den starka värme som genereras i eldstaden 6. Ångblandat vatten med låg densitet stiger uppåt i ledningama medan vatten med högre densitet från ångdomen 5 rinner nedåt. Om ledningsnätet är omfattande och har högre tryckfall så kan även pumpar installeras för att underlätta cirkulationen om inte sj älvcirkulationen är tillräcklig.

Utöver cirkulationskretsen för pannvatten så innefattas även en cirkulation av ånga ST (steam) från ångdomen 5, vilken leds till värmeupptagande ytor, här 12a, 12 b samt l2e, i vilken ångan värms till överhettad ånga SST (Superheated steam). Ofta leds denna överhettade ånga till ångturbin för produktion av elenergi eller till annan användning av ångan. I figur 1 visas en med egen brännare EB separateldad överhettare med överhettningsytor i forrn av skärmväggar 12a för ånga. Dessa skärrnväggar 12a sticker ut från rökgångens väggar och innesluter en egen eldstad för brännaren EB. Rökgaserna tvingas här ned och ut från detta utrymme via passage över skärrnväggamas inre kanter och sammanblandas med rökgaser från pannans huvudsakliga förbränning. 1 Figur l visas även ett flertal kylda skärmväggar l2b som bildar omlänkningsväggar för rökgasen i rökgaskanalen. I figuren visas även att skärmväggar l2e samt 12d kan anordnas som värmeupptagande skiljeväggar i ett vändschakt 7 för rökgasema, som där delar upp rökgasflödet i parallella stråk. I figuren visas en från taket i vändschaktet hängande överhettare l2e för ånga samt därefter från vändschaktets väggar inskjutande kokytor 12d. Alla dessa skäimväggar 12a, l2b, l2e samt 12d utformas lämpligen av kylda skärmväggar 12 enligt uppfinningen och får här en ökad livslängd på grund av sin förmåga att stå emot värme.

En kyld skärmvägg 12 innan inmurning i eldfast material skall nu förklaras med hänvisning till Figur 2a samt 2b. Den kylda skärmväggen 12 visas i figur 2a ansluten till en ledning 3 för strömmande ånga ST. Den kylda skärinväggen 12 innefattar ett flertal yttre rörtuber l3 och ett inre rör l4 placerat i var och en av de yttre rörtubema 13. Den yttre rörtuben 13 har i en övre ände 15 en öppen anslutning till utgående ångledningen 3 för överhettad ånga SST och en tillsluten nedre ände 16. De inre rören 14 har en övre öppen ände 17 som är ansluten till en 10 15 20 25 30 35 533 545 I b inkommande ångledning 3 för ånga ST och en nedre öppen ände 18 vid de yttre rörtubemas tillslutna nedre ände 16. Iutföringsforrnen enligt Figur 2a är det inre rörets 14 nedre ände 18 belägen vid det yttre rörets 13 tillslutna nedre ände 16. Den kylda skärmväggen 12 kan sträcka sig antingen i vertikal eller i horisontell riktning från den punkt där de yttre rörtuberna 13 är anslutna till en inkommande ångledning 3. Den axiella längden på de yttre rörtuberna 13 utgör lämpligen minst 70 % av skännväggens utstickslängd från rökgångens väggar. För att en sammanhållen skärmvägg skall bildas är närliggande yttre rörtuber 13 i skärmväggen sarnmanbundna med värmeledande fórbindelsestycken 40 över minst 70 % av de yttre rörtubernas axiella längd. Dessa kan svetsas till yttertubema eller på annat sätt förankras till dessa som även visas i figur 2a. Dessa förbindelsestyeken 40 utgörs lämpligen av ett plåtar eller plattjäm som företrädesvis svetsats fast på de de yttre rörtubema. På detta sätt erhålls en enkel tunnväggig skärmvägg med optimal kylning på de mest utsatta partiema på skärmväggen, d.v.s. vid skärmväggens yttre ände, motsvarande den nedre änden i figur 2. 1 figur 3a samt 3b visas samma skärmvägg 12 men där de yttre rörtubema 13 är inmurade i ett eldfast material 41 som bildar skärmväggens ytteryta. Inrnumingen sker i de applikationer där skännväggen utsätts för starkt korrosiva miljöer vid hög temperatur.

Funktionen av den kylda skärrnväggens 12 yttre rörtuber i en lämplig utföringsforrn där dessa kyls med pannvatten visas i figur 4. Här är de yttre rörtubema 13 och inre röret 14 anslutna till samma ledning 3 som genomströmmas av pannvatten, och där man utnyttjar sj älvcirkulation i varje yttre rörtub 13. När den kylda rörtuben 13 sträcker sig nedåt in i ett ornråde med heta rökgaser kommer vatten som befinner sig i spalten mellan den yttre rörtuben 13 och det inre röret 14 att få en ång-vattenblandning med lägre densitet än det vatten som befinner sig inne i det inre röret 14. Äng-vattenblandningen stiger därför uppåt i spalten mellan den yttre rörtuben 13 och det inre röret 14. Vattnet som befinner sig inuti det inre röret 14 har högre densitet och kommer i stället att sjunka nedåt. En del av pannvatten som passerar i ledningen 3 kommer då att sugas ned i det inre röret 14 för att sedan återvända uppåt och då ta upp värmeenergi från området runtomkring den kylda anordningen 12. Det inses att pannvattnet i vattenledningen 3 strömmar från vänster till höger i figuren som framgår av pilarna. Normal vattenhastighet i vattenledningen 3 är i intervallet 0,3 till 1,5 rn/s.

Den vattenhastighet som etableras i nedåt gående rör 14 är 0,5 till 2,5 rn/s och i yttre spalt mellan rör 13 och 14 är 0,2 till 1,0 rn/s.

En annan utföririgsforrn på skärrnväggen visas i figur 5, där inkommande ångledning 3 för ånga ST är placerad koaxiellt i en samlingskammare för utgående ledning 3 för överhettad ånga SST. På detta sätt kan man få en kompakt konstruktion av anslutningarna till inre rören 14 samt de yttre rörtuberna 13. 10 15 20 25 30 533 545 “l Ytterligare en utföringsforrn av skännväggen 12 visas i figur 6 där skärmväggen byggts med en anslutning som motsvarar den som visats i figur 4, och som företrädesvis användes om pannvatten med naturlig cirkulation användes som kylmedia för rörtuberna 13. Ännu en utföringsforrn av skärmväggen 12 visas i figur 7, och som motsvarar den som visats i figurerna 3a samt 3b. Skillnaden här är att närliggande yttre rörtuber 13 i skärmväggen är sammanbundna med ett flertal värmeledande förbindelsestycken 40a i forrn av kortare stag eller klammor. Dessa stag kan svetsas till de yttre rörtuberna eller på annat sätt förankras till dessa. Genom inmumingen med eldfast material 41 erhålls en enkel tunnväggig skärinvägg med skydd mot hetgas korrosion och med optimal kylning på de mest utsatta partiema på skärmväggen, d.v.s. vid skärmväggens yttre ände, motsvarande den nedre änden i figur 7.

I Figur 8 visas en utföringsform där åtminstone några av rörtubema förses med ett genomgående rör 21 som förts genom den yttre väggen på vattenledningen 3 och genom några av den kylda skärinväggens 12 inre rör 14. 1 den andra rörtuben från höger i figuren ansluter det genomgående röret 21 med sin nedre ände till den kylda skärrnväggens 12 yttre rörtub 13. Det genomgående röret 21 utgör i detta fall ett element som kan användas för att föra in additiv i ångpannan från en källa Ch eller för att suga ut rökgaser för provtagning.

Utan den kylda skärmväggen 12 skulle de heta rökgasema verka obehindrat mot på detta element. Den kylda skärmväggen 12 kan nu kyla det genomgående röret och bidra till att öka dess livslängd. I den första rörtuben från höger i figuren förs kontaktledningar från en kontrollenhet CU till ett terrnoelement 20 genom det genomgående röret 21. Terrnoelementet hålls då kylt med hjälp av den kylda anordningen 12.

I figurerna 9-10 visas andra altemativ enligt uppfinningen där den tunnväggiga skärmväggen 12 krökts till en cylindrisk form och kan placeras exempelvis i utlopp på cykloner i rökgången. Figur 9 visar en cirkulär skärmvägg motsvarande figur 2a samt 2b, och figur 10 motsvarar figurerna 3a samt 3b.

Det skall förstås att de i figurerna visade utföringsformerna kan användas i pannor av olika typer och i princip överallt där man vill installera en skärmvägg för omlänkning av rökgasema i rökgången eller där man vill dela upp rökgasflödet i stråk och där skärrnväggen kräver kylning. De tunnväggiga skärrnväggama kan även bockas i andra former än en strikt plattformad struktur eller cirkulär struktur, och kan exempelvis bockas till en L-formad struktur på skärmväggen.

Claims (9)

1. 0 15 20 25 30 1. 533 545 PATENTKRAV En panna (1) med en eldstad (6) och ett cirkulationssystem för värmeupptagande media anordnat i rökgången från ångpannan vilket cirkulationssystem (2) innefattar ledningar (3, 4) anordnade att vid drift av pannan (1) kunna cirkulera värme- upptagande media genom ledningarna (3, 4) i ett kretslopp och vilken parma (1) innefattar tunnväggiga skärmväggar i rökgången vilka skärrnväggar är anordnade utstickande från rökgångens väggar för styrning av rökgasema genom rökgången förbi dessa skärmväggar utan att passera igenom dessa skärmväggar k ä n n e t e c k n a d av att skärmväggen bildar en omlänlcriingsvägg (l2a, 12b) för rökgasen i rökgaskanalen så att rökgasema tvingas över skärmväggamas inre kanter och innefattar ett flertal i skärmväggen integrerade yttre rörtuber (13) anordnade i skärrnväggens plan och att de yttre rörtubema (13) är inmurade i ett eldfast material (41) som bildar skärmväggens ytteryta, där varje yttre rörtub (13) i en första ände (15) har en öppen anslutning till en första ledning (3) för värmeupptagande media och en tillsluten andra ände (16), samt där ett inre rör (14) placerat i den yttre rörtuben (13) och det inre röret (14) har en första öppen ände (17) ansluten till en andra ledning (3) för värmeupptagande media och en andra öppen ände (18) vid den yttre röitubens (13) tillslutna andra ände (16), och där cirkulation av värmeupptagande media sker mellan första och andra ledning för kylning rörtuben anordnad inuti skärmväggen.

2. En panna (1) enligt kravet l, k a' n n e t e c k n a d av att den axiella längden på de yttre rörtuberna (13) utgör minst 70 % av skärmväggens utstickslängd från rökgångens väggar.

3. En parma (1) enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a d av att närliggande yttre rörtuber ( 13) i skärmväggen är sarnmanbundna med värmeledande förbindelsestycken (40) över minst 70 % av de yttre rörtubemas axiella längd.

4. En panna (1) enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a d av att fórbindelsestycket (40) utgörs av ett plåtar eller plattjärn som företrädesvis svetsats fast på de yttre rörtuberna.

5. En panna (1) enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att det värmeupptagande mediet som cirkuleras genom ledningarna (3, 4) för kylning av de yttre rörtuberna ( 13) utgörs av vätska, och som i rörtuben utsätts för kokning.

6. En panna (1) enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att det värmeupptagande mediet som cirkuleras genom ledningarna (3, 4) för kylning av de yttre rörtubema (13) utgörs av ånga leds i ledningar från en ångdom (5), som i rörtuben utsätts för överhettning. 10 533 545 “i

7. En panna (1) enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att det inre röret (14) innefattar ett invändigt anordnat koncentriskt genomfóringsrör (21), vilket leder genom hela det inre röret och utmyrmar i den yttre rörtubens (13) andra slutna ände.

8. En panna (1) enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att det koncentriska genomfóringsröret (21) är anslutet till en källa (Ch) för tillsättning av additiv till rökgaserna via skärmväggen.

9. En panna (1) enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att det koncentriska genomföringsröret (21) är anslutet till en kontrollenhet (CU) för anslutning till ett tennoelement (20) anordnat vid den yttre rörtubens (13) andra slutna ände och vilket termoelement är exponerat för rökgasema.