SE534011C2 - Värmeväxlare och kimröksproduktionsanläggning anpassad för produktion av kimrök - Google Patents

Description

534 O'I'I förvärrnas införs via inlopp 16 in i värmeväxlaren och går ut via utlopp 17 varifrån den leds in i förbränningskammaren.

Den förbrända oljan, som nu är en blandning av suspenderad kimrök i den förbrukade förbränningsluften, leds från botten av kammaren (illustrerat med pilar 18) inuti rören till toppen av kammaren och därefter leds via en utgång (illustrerat med pilar 19) till filteranordningen.

Värmeväxlaren kan också ha horisontellt anordnade plattor 20 som sträcker sig från manteln 12 in i kammaren 11. Sådana plattor 20 tvingar luften som flödar genom kammaren att ta en längre sträcka (illustrerat med pilar 21) och ökar därigenom tiden inuti kammaren och därmed temperaturen av den utgående förvärrnda luften.

De flesta värmeväxlare som används idag förvärmer förbränningsluften till cirka 800 °C. Den höga temperaturen av förbränningsgasen förorsakar höga temperaturbelastningar på rören och på manteln hos värmevâxlaren, vilketi sin tur leder till betydande värmeutvidgning under användning. Värmeutvidgningen förorsakar stora termiska spänningar på rören och manteln på grund av begränsade möjligheter till utvidgning. Olika lösningar har använts för att lösa detta problem. som till exempel värmeväxlare med dubbla mantlar där vänneväxlaren har en första inre mantel och en andra yttre mantel och förbränningsluften införs i vårmeväxlaren vid dess nedre del mellan den yttre och inre manteln och leds mellan de mantlarna upp till toppen av värrneväxlaren och därefter bringas i kontakt med rören i värmeväxlaren. Därigenom kan temperaturen av den yttre manteln reduceras.

Dessutom har olika lösningar för att rören skall kunna utvidga sig föreslagits. Ett exempel på en sådan lösning visas i US 6 334 482 där rörplattan är försedd med kompensationsanordningar för att möjliggöra utvidgning av rören.

Vidare har avkyl ning av bottenplattan föreslagits. Detta också visas i Figur 2, där den nedre ändväggen 23 begränsar ett omslutet utrymme 22 tillsammans med en nedre bottenplatta 13. Kylluft införs, vilket visas av pilen 24, in i utrymmet 22 och går ut ur utrymme 22 genom ett utlopp, vilket visas av pil 25. Ett annat exempel på kylning av bottenplattan beskrivs i US 6 334 483 där plattan 534 GTI innefattar övre och nedre balkplàtar som utgör ett balkutrymme genom vilket rören sträcker sig. Balkutrymmet är försett med intema kanaler avsedda för ett kylmedel.

Det finns ett önskemål att kunna höja temperaturen hos den förvärmda förbränningsluften upp till cirka 900 °C för att öka effektiviteten hos processen för produktion av kimrök. Högre temperaturer hos den förvärrnda luften skulle leda till kostnadsbesparingar på bränsle, högre råmaterialflöde och högre produktionstakt av kimrök. En sådan ökning av temperaturen ställer emellertid till ett ännu större problem eftersom värrneutvidgningen av rören kommer att ökas.

För att uppnå tillräcklig värrneöverföring, anses det dessutom att längden på rören måste ökas. Längre rör kommer att leda till högre värmeväxlare och i vissa fall minskad mekanisk stabilitet hos värmeväxlaren.

WO 2006/074830 beskriver en förvärmare för en anordning för produktion av kimrök. som är avsedd för att förvärma luften genom värmeöverföring till en temperatur av minst 800 °C. Förvärrnaren innefattar en Iångsträckt mantel och ett flertal rör anordnade inuti manteln. För att uppnå tillräcklig mekanisk stabilitet av manteln stöds manteln av stödorgan. Manteln kan utvidga sig uppåt ovanför stödorganet och nedåt under stödorganet. Därigenom kommer manteln att utsättas för mindre tryckspänning och därför kan längre rör användas i förvärmaren vilket därmed möjliggör högre driftstemperaturer.

Den lösning som tillhandahålls i WO 2006/074830 kräver dock att någon form av extemt stöd för att stödja stödorganet måste byggas. Detta kräver extra utrymme för anläggningen.

Syftet med den föreliggande uppfinningen är att tillhandahålla en rörvänneväxlare avsedd för produktion av kimrök, i vilken förbränningsluften kan förvärrnas till temperaturer över 800 °C och vilken övervinner nackdelama med tidigare kända rörvänneväxlare som används för produktion av kimrök.

Sammanfattning 534 D11 4 Syftet uppnås genom rörvärmeväxlaren avsedd för produktion av kimrök enligt krav 1. Utföringsforrner av uppfinningen definieras av de osjälvständiga kraven.

Rörvärmeväxlaren i enlighet med den föreliggande uppfinningen innefattar en väsentligen vertikalt anordnad väsentligen cylindrisk kammare omsluten av en väsentligen cylinderformad mantel, en nedre ändvägg och en övre ändvägg, vertikalt anordnade rör som sträcker sig genom hela kammaren från den nedre ändväggen till den övre ändväggen, ett inlopp och ett utlopp för gas, d.v.s. förbränningsluft som skall förvärrnas, att flöda inuti kammaren på utsidan av rören. Rören i vänneväxlaren är åtminstone delvis försedda med yttre fenor.

Fenoma ökar ytarean på rören och ökar därmed värmeöverföringen från rören till förbränningsluften som skall förvärrnas.

Rören som är försedda med fenor möjliggör en förbättrad värmeöverföring och därmed möjliggör förvärrnning av förbränningsluften till en temperatur mycket högre än 800 ° C som konventionella värmeväxlare förvärrner förbränningsluften till. l själva verket är det möjligt att förvärma förbränningsluften till åtminstone 900 °C när rören är försedda med fenori enlighet med föreliggande uppfinning.

En högre temperatur på den förvärrnda förbränningsluften leder till kostnadsbesparingar på bränsle, högre råmaterial flöde och högre produktionstakt för kimrök.

Eftersom ytan på rören ökas med hjälp av fenorna som är anordnade på utsidan av rören är det dessutom inte nödvändigt att öka längden på rören (vilket tidigare har ansetts nödvändigt). Därmed kan värmeutvidgningen hållas på ett minimum och den mekaniska stabiliteten av vänneväxlaren upprätthålls.

Enligt en föredragen utföringsform är rören försedda med yttre fenor åtminstone i den nedre delen av rören eftersom temperaturen av gasen som flödar inuti rören, och därmed även temperaturen av rören, är högst i denna del.

Fenorna kommer därmed ha den bästa effekten i denna del av rören.

Företrädesvis är åtminstone 20% av längden hos varje rör försett med fenor för att uppnå den önskade värrneöverföringen från rören till förbränningsluften som skall förvärmas. 534 Û'l'l Enligt en annan föredragen utföringsform är fenorna anordnade i spiralforrn runt utsidan av rören med en förutbestämd stigning. Stigningen kan vara konstant eller varierande. Till exempel kan stigningen vara mindre vid den nedre delen av rören där temperaturen är högst och ytan på rören bör vara så stor som möjligt, och större högre upp längs rören.

Fenorna kan företrädesvis sträcka sig väsentligen horisontellt från utsidan av rören in i kammaren. Men det är också möjligt att fenoma har en väsentligen vertikal utsträckning längs sidan av rören.

Fenoma kan företrädesvis sträcka sig från utsidan av ett solitt rör med konstant ytterdiameter, d.v.s. röret är åtminstone delvis ett så kallat högfenat rör.

Altemativt, kan fenoma tillhandahållas genom maskinbearbetning av utsidan av ett solitt rör för att bilda ett spår på utsidan så att fenor bildas, varigenom de yttre delarna av fenoma bestäms av den ursprungliga utsidan av rören och de nedre delarna av fenoma bestäms av botten av spåret, d.v.s. röret är åtminstone delvis ett så kallat lågfenat rör.

Den rörformiga värmeväxlaren kan vara av enkel-manteldeslgn, eller av dubbel-manteldesign. En design med dubbla mantlar minskar påfrestningama på den yttre manteln av värmeväxlaren och möjliggör därmed ännu högre temperaturer hos den förvärrnda luften.

En kimröksproduktionsanläggning innefattande en förbränningskammare och rörvärmeväxlaren i enlighet med föreliggande uppfinning möjliggör högre temperaturer hos förbränningsluften som införs in i förbränningskammaren, eftersom förbränningsluften kan förvämias till högre temperaturer i rörvärmeväxlaren, så som tidigare beskrivits. Produktionsprocessen för kimrök kommer därmed vara effektivare eftersom den högre temperaturen hos förbränningsluften förbättrar förbränningen. Detta kommer i sin tur leda till kostnadsbesparingar på bränsle, ett förbättrat råmaterial flöde och högre produktionstakt för kimrök.

Kort beskrivning av rltningarna Figur 1 visar schematiskt en konventionell anläggning för produktion av 534 O'l'l 6 kimrök.

Figur 2 visar en förenklad tvärsnittsvy av en rörvärmeväxlare i enlighet med tidigare känd teknik.

Figur 3 visar en sidovy, som är delvis tvärsnittlig, av en rörvärmeväxlare i enlighet med uppfinningen.

Figur 4 visar en tvärsnittsvy av en del av ett rör försett med fenor i enlighet med en utföringsform av uppfinningen.

Figur 5 visar en sidovy av en del av ett rör försett med fenori enlighet med en utföringsfonn av uppfinningen där fenoma är spirallindade runt utsidan av röret.

Figur 6 visar en tvärsnittsvy av en del av ett rör försett med fenor i enlighet med en alternativ utföringsforrn av uppfinningen.

Detaljerad beskrivning Uppflnningen kommer nu att beskrivas med hänvisning till de bifogade ritningarna. Ritningama hari vissa fall förenklats och vissa särdrag är överdrivna för att tydligt illustrera uppfinningen. Figurerna skall därför inte betraktas som skalenligt ritade.

Som tidigare diskuterats visar Figur 1 schematiskt en konventionell anläggning för produktion av kimrök och Figur 2 visar en förenklad sidovy av en tidigare känd rörvärmeväxlare 2.

Figur 3 visar en rörvärrneväxlare 30 i enlighet med en utföringsfonn av uppfinningen. Värrneväxlaren 30 innefattar en väsentligen vertikalt anordnad väsentligen cylindrisk kammare 31 omsluten av en väsentligen cylinderformig mantel 32, en övre ändvägg 33 och en nedre ändvägg 34. Den nedre ändväggen 34 äri detta fall en övre bottenplatta. Vänneväxlaren innefattar även en nedre bottenplatta 35. De övre och nedre bottenplattoma omsluter ett utrymme 36 in i vilket kylmedel, till exempel kylluft, leds via ett kylmediuminlopp 37. Kylmediet går ut ur utrymmet 36 via ett kylmediumutlopp 38.

Värmeväxlaren omfattar vidare ett flertal rör 39 anordnade väsentligen vertikalt och väsentligen parallellt med varandra. Rören sträcker sig genom hela 534 0'l'l 7 kammaren 31 från den nedre bottenplattan 35 till den övre ändväggen 33. Gas fràn förbränningskammaren, innehållande suspenderad kimrök i den förbrända luften, införs in i rören via ett inlopp (ej visat) och flödar igenom rören 39 från botten av rören till toppen av rören och lämnar vämieväxlaren via ett utlopp (ej visat) in i toppstruten 44. Gasen från förbränningskammaren kan typiskt ha en temperatur på ca 1000 ° C eller högre när den går in i rören 39.

Ett inlopp 40 för förbränningsluft som skall förvärmas är anordnat vid toppen av kammaren 31 och ett utlopp 41 för förvärrnd förbränningsluft är anordnat vid botten av kammaren 31. Förbrånningsluften flödar inom kammaren 31 på utsidan av rören 39.

Värmeväxlaren kan företrädesvis även innefatta horisontellt anordnade plattor 42, som sträcker sig från manteln in i kammaren så att luften som skall förvärmas måste ta en längre väg inuti kammaren, och ökar därmed temperaturen hos den utgående förvärrnda förbränningsluften.

Rören 39 är försedda med yttre fenori den nedre delen 43 av rören upp till en punkt P. Fenorna ökar värmeöverföringsytan hos rören och förbättrar därmed värmeöverföringen från den förbrända luften inuti rören, genom rören, till förbränningsluften som flödar på utsida av rören. Fenorna bör företrädesvis vara placerade i den nedre delen av rören eftersom temperaturen är högst i denna del av rören. För en värmeväxlare med en höjd av typiskt cirka 14 meter, kan cirka 4» 5 meter av rören lämpligen förses med fenor.

Det bör emellertid noteras att rören kan ha fenor längs hela sin utsträckning inuti kammaren eller endast på delar av rören, sådana delar kan placerade var som helst längs utsträckningen av rören.

Fenorna sträcker sig företrädesvis från utsidan av röret väsentligen horisontellt. Figur 4 visar en sidovy av en vägg 45 av ett rör vari gas flödar (illustrerat med pilen). Fenor 46 sträcker sig från utsidan av rörväggen 45 väsentligen horisontellt.

I enlighet med en utföringsform av uppfinningen kan fenorna anordnas spiialformat runt röret med en förutbestämd konstant eller icke-konstant stigning. l fallet med en icke-konstant stigning kan stigningen tillexempel vara mindre vid 534 O'l'| den nedre delen av rören, där temperaturen är högst och ytan på rören bör vara så stor som möjligt, och större högre upp längs rören.

Figur 5 visar en sidovy av en del av ett rör 50 försett med fenor 51.

Fenoma är spirallindade runt utsidan av röret 50. De sträcker sig väsentligen horisontellt från utsidan av röret 50 in i kammaren. Fenoma illustrerade i Figur 5 har en konstant stigning.

Enligt en altemativ utföringsform kan fenoma sträcka sig väsentligen vertikalt längs röret, antingen rakt eller i en spiralforrn med en förutbestämd stigning. Figur 6 visar en tvärsnittsvy av en del av ett rör 60 i vilket den förbrända luften flödar (sà som illustreras med pilen). Röret är försett med yttre fenor 61 som sträcker sig vertikalt och på ett rakt sätt, d.v.s. inte är spirallindade längs längden av röret.

Fenorna är anordnade på utsidan av rören, d.v.s. är yttre fenor. De är direkt anordnade på utsidan av rören, och ökar därigenom ytterytan av rören.

Fenoma är företrädesvis gjorda av samma material som rören för att få sam ma värmeutvidgning och därigenom minimera risken för sprickbildning till följd av terrniska spänningar.

Fenoma sträcker sig från utsidan av rören in i kammaren. En sådan utsträckning är företrädesvis horisontell så som tidigare visats i Figurema 4 och 5.

Fenoma kan dock även vara vertikalt anordnade som visats i Figur 6. Fenorna kan i båda fallen vara spirallindade runt utsidan av rören.

Fenorna har en sådan höjd H (visad i Figurerna 4-6) att de inte kommer i kontakt med fenorna hos ett närliggande rör. Höjden pâ fenorna kan företrädesvis vara i intervallet mellan 0,5-20 mm. l händelsen av högfenade rör, kan fenorna företrädesvis vara 2-20 mm höga, mer företrädesvis 3-10 mm. I fallet med lågfenade rör är fenoma högst 4 mm. Höjden på fenorna är avståndet från rörets utsida till den yttre delen av fenoma placerade i kammaren.

Det bör noteras att även om uppfinningen har visats i Figur 3 i form av en enkel-mantel designad värmeväxlare är det även möjligt att värrneväxlaren kan vara av en dubbel-mantel typ. l ett sådant fall innefattar värrneväxlaren en inre mantel och en yttre mantel. lnloppet till förbränningsluft är företrädesvis anordnat 534 0'l'l i den nedre delen av värmeväxlaren och inför förbränningsluften i ett utrymme mellan den yttre och inre manteln. Förbränningsluften flödar sedan från den nedre delen av värmeväxlaren mellan de yttre och inre mantlarna upp till toppen där den gàr in i kammaren och kommeri kontakt med rören.

Rören med fenorna kan vara så kallade högfenade rör där fenorna är anordnade på utsidan av rören, lämpligen genom svetsning. Men det är även möjligt att rören med fenoma är så kallade lågfenade rör där fenorna är anordnade med hjälp av maskinbearbetning av en del av utsidan av rören för att mekaniskt ta bort en del av denna genom att bilda ett spår. Altemativt kan làgfenade rör direkt produceras med hjälp av extrusion. l fallet med làgfenade rör har fenoma i allmänhet en mindre utsträckning (höjd) än i fallet med högfenade rör eftersom den ursprungliga väggtjockleken av röret begränsar den möjliga designen.

Värrneväxlaren enligt den föreliggande uppfinningen kan även vara försedd med värrneutvidgningskompenserande anordningar och/eller kylning av bottenplattan i enlighet med tidigare kända tekniker. För att minska temperaturbelastningen på manteln kan manteln dessutom förses med isolering på den inre delen av manteln (d.v.s. utsidan som vetter mot kammaren), i synnerheti den nedre delen av manteln där temperaturen är högst .

Claims (11)

534 0'l'l 10 KRAV

1. En rörvärmeväxlare (30) för en anordning för produktion av kimrök, innefattande en väsentligen vertikalt anordnad väsentligen cylindrisk kammare (31) omsluten av en väsentligen cylinderformad mantel (32), en nedre ändvägg (34) och en övre ändvägg (33), vertikalt anordnade rör (39) som sträcker sig genom hela kammaren (31 ) från den nedre ändväggen till den övre ändväggen, ett inlopp och ett utlopp för gas att flöda inuti kammaren (31) på utsidan av rören (39), kä n nete cknad av att rören (39) är åtminstone delvis försedda med yttre fenor vilka sträcker sig från utsidan av rören (39) in i kammaren (31) och vilka är gjorda av samma material som rören.

2. En rörvärrneväxlare enligt krav 1 kä nnetecknad av att rören är försedda med yttre fenor åtminstone i den nedre delen (43) av rören.

3. En rörvärmeväxlare enligt krav 1 eller 2 kän neteckn ad av att minst 20% av längden av varje rör är försett med fenor.

4. En rörvärmeväxlare enligt något av de föregående kraven k ä n n eteck n ad av att fenoma är spirallindade runt utsidan av rören.

5. En rörvärrneväxlare enligt något av de föregående kraven kä n n eteck n a d av att fenoma sträcker sig väsentligen horisontellt från utsidan av rören.

6. En rörvärrneväxlare enligt något av krav 1-4 k ä n n ete c k n ad a v att fenoma sträcker sig väsentligen vertikalt längs utsidan av rören.

7. En rörvärrneväxlare enligt något av de föregående kraven kä nneteck nad av att rören är högfenade rör åtminstone en del av längden av rören.

8. En rörvärmeväxlare enligt någon av krav 1-6 kä nnetecknad av att rören är 534 Ü'l'l ”ll lågfenade rör åtminstone en del av längden av rören.

9. En rörvärmeväxlare enligt något av de föregående kraven k ä n n ete c k n a d av att den har en enkel-manteldesign.

10. En rörformig värmeväxlare enligt något av de föregående kraven 1- 8 kännetecknad av att den har en dubbel-manteldesign.

11. En kimröksproduktionsanläggning innefattande en förbrånningskammare och en rörvänneväxlare (30) enligt med något av de föregående kraven.