<Desc/Clms Page number 1>
OCTROOIAANVRAAG TITEL : Gecombineerde stoomketel-voedinaswater voorverwarmer van
EMI1.1
het vlampiiptvpe :"combiketel"
Hoofdstukken
1. Omschrijving van het technisch gebied.
2. Stand van de techniek en nadelen daarvan.
3. De vinding en de voordelen.
4. Beschrijving en figuren van de uitvinding.
5. Conclusies Titel. Gecombineerde ketel-voedingswatervoorverwarmer van het vlampijp type.
1. Omschrijving van het technische gebied.
Ketels met rookgas- of vlampijpen zijn algemeen bekend. Bij dit soort ketels stromen de verbranding- of andere afgassen door de pijpen. De pijpen worden in pijpenplaten bevestigd. De pijpenplaten vormen, met de cilindervormige mantel, de ruimte waar ketelwater verdampt tot stoom. Dus in de rompzijde van dit soort ketels is een mengsel damp (stoom) en vioeistof (water) aanwezig op de kooktemperatuur van de vioeistof bij de werkdruk van de ketel.
Het IS bekend dat de verdampende ketelvioeistof dezelfde temperatuur heeft als de geproduceerde verzadigde damp. Om nog warmteoverdracht te hebben is een temperatuurverschil nodig van de warmte afgevende stof (rookgassen) naar de warmte opnemende stof (verdampende vloeistof).
De uitlaattemperatuur van de gekoelde rookgassen is altijd een bepaald aantal graden boven de verdampingstemperatuur. Het is bekend dat hoe lager deze uittredetemperatuur is hoe groter het rendement van het toestel is. Beter bekend onder de"approach"theone.
Het is bekend dat om het rendement te verhogen, de ketelvioeistof, voor het in de ketel stroomt, in aparte warmtewisselaars "ketelvoedingswater voorverwarmers"genoemd, wordt opgewarmd 2. Stand van de techniek en nadelen daaraan.
Het nadeel van deze bekende technieken is, in het geval van gescheiden constructie van ketel en voorverwarmer twee gescheiden toestellen, met elk hun piJpenplaat rookgaskanalen en waterdamp stompen, noodzakelijk zijn, het gevolg is ; constructieve complexiteit, hoge kosten door de
<Desc/Clms Page number 2>
constructie van twee gescheiden toestellen en ingewikkelde verbindingen van de rookgaskanalen en de vioeistofverbindingen tussen voorverwarmer en ketel
Een ander nadeel van de gekende technieken is, in het geval van vlampijpketel met interne voorverwarming, het voedingswater zich onmiddellijk mengt en opwarmt met het ketelwater. Dit nadeel geeft een lager thermisch rendement van de gekende ketel t. o. v. de vinding.
Een ander nadeel van de gekende verticale rookgaspijpketels in de vorm van een warmtewisselaar, is de vorming van dampwolken onder de keerschotten welke oververhitting van de pijpen geeft en afzetting van vaste stoffen afkomstig van de residuele hardheid van het ketelwater : het fenomeen "steam blanketing".
Een ander nadeel van verticale rookgaspijpketels is de vorming van een propvormige twee fasen stroom. Deze veroorzaakt trillingsbeschadigingen aan de pijpen door het onregelmatig pulsvormige ontsnappen van deze stoomwolken.
Een ander nadeel van de bestaande vertikale vtampijpketets is de onmogelijkheid het vaste stofbezinksel op de bovenkant van de onderste pijpenplaat te spuien. Dit bezinksel veroorzaakt ketelpijpcorrosie en spleetcorrosie op de onderste pijpenplaat.
3. De vindinQ en de voordelen.
Het doel van deze uitvinding is de ketelwater - voorverwarming en de stoomverdamping te laten gebeuren in een eenvoudige tegenstroom warmtewisselaar en het hoog thermisch rendement te bekomen in, een, constructief eenvoudig en economisch, toestel. Deze ketel heeft al de kenmerken van een bedrijfszekere industriële ketel.
Bij een voorkeursuitvoering stroomt het binnenkomend ketel voedingswater net boven en rond de voor het rookgas uittredende onderste pijpenplaat en rookgaspijpen, zodoende dat de rookgaswarmte, door diepere koeling, optimaal kan benut worden in het ketelvoedingswater.
Bij een voorkeursuitvoering wordt het stoom water mengsel onder de bovenste warme pijpenplaat verzameld in de taurus gevormd door een halve balgschotel en de bovenste pijpenplaat. Zodoende dat voldoende volume onstaat om de juiste stoom water snelheid te kunnen toepassen.
Het stoom water mengsel stroomt naar een hoger geplaatste stoomdrum die als functie stoom-waterscheiding heeft. De ketelwater circulatie ontstaat door densiteit en soortelijk gewicht verschillen tussen het mengsel stoom-water en het ketelwater.
<Desc/Clms Page number 3>
Bij de voorkeursuitvoering wordt het ketelwater komende via de "downcomer"van de drum naar de wisselaar op de plaats in de romp van de wisselaar waar de verdamping begint. Zodoende dat de nodige natuurlijke circulatie ontstaat.
Bij een voorkeursuitvoering stroomt het voedingswater in tegenstroom langs de uittredende rookgassen zodoende dat energetisch efficiënt tegenstroom en bij lage voedingswater temperaturen rookgascondensatie kan optreden. Dit betekent dat, hoe kouder het voedingswater is hoe hoger het thermisch rendement van deze combiketel wordt.
Bij een voorkeursuitvoering is de stroming boven de koude pljpenplaat zodanig gekozen dat, door de afstand tot het eerste keerschot aan te passen, dat de watersnelheden geen uitzakkingen van residuele vaste stof, zoals carbonaten, silicaten, phosfaten en andere zouten, op de achterkant van de pijpenplaat toelaat. Bij een voorkeursuitvoering is de verdamping op de onderste pijpenplaat en de daaruit onstane corrosie in spleten in de pijpgaten vanwege de lagere ketelvoedingswater temperatuur vermeden.
Bij een voorkeursuitvoering wordt boven in de onderste pijpenplaat spuivoorzieningen gebouwd, in de vorm van, smalle spleetopeningen naar spuistompen boven de pijpenplaat en ronde haakse boringen in de pijpenplaat. Zodoende bestaat de mogelijkheid, de bij stilstand uitgezakte vaste stoffen te spuien.
Bij een voorkeursuitvoering zijn de onderste keerschotten tot aan het punt waar de verdamping begint in de vorm van geboorde plaatsegmenten uitgevoerd zodoende dat zuivere dwarsstroom ontstaat Bij een voorkeursuitvoering worden de keerschotten vanaf de plaats waar verdamping plaats vindt, uitgevoerd als stavenrooster, alleen dienst doende als pijpondersteuning om pijptrillingen te voorkomen. Zodoende dat er veel ruimte rond de pijpen overblijft om de stijgende stoombellen te laten ontsnappen en stoomklok vorming te voorkomen.
Indien het pijppatroon in driehoek-vormig IS in plaats van vierkant wordt het stavenrooster vervangen door schijf en ring keerschotten met onsnappingsopeningen voor de stoombellen
<Desc/Clms Page number 4>
4. Beschrijving van de constructie en werking (zie fig. 1. 2. 3 en 4) :
Het ketel voedingswater stroomt in het onderste deel van de wisselaar (fig. 1), in stomp A, om de pijpen in de mantel van de wisselaar. Door het contact met de warmere pijpen warmt het voedingswater op tot verdampingstemperatuur. Dit koude voedingswater kan van de ontgasser komen of bij lage stoomdrukken rechtstreeks van de suppletiewater tank of condensaat tank.
Na het doorlopen van de voorverwarming zone mengt het zich dan op met het circulerende ketelwater, welke in stomp C in de mantel stroomt. Dit kan gebeuren door twee of meerdere stompen, verdeeld over de omtrek, om een symmetrische en goede opmenging te krijgen. Vanaf deze plaats in de romp van de wisselaar, zijn de pijp geleidingen uitgevoerd als steun, i. p. v. het segment plaat keerschot. Het aantal pijpgeleidingen wordt bepaald dor het trillingsgedrag van de pijpen van de wisselaar. In de verdampingszone hebben we in de mantel een stroming van water en stoom vertikal naar omhoog. Het stoom-water mengsel stroomt door stompen B via de stijgleidingen naar de stoomdrum waar de afscheiding stoom en water gebeurt Het water, zonder stoom bellen, stroomt door de circulatieleiding naar de plaatsen in romp C waar de verdamping begint.
In geval van koud voedingswater kan het rookgascondens efficiënt afgescheiden worden in de kamer onder de onderste pijpenplaat en afgetapt worden via stomp D. Door de diameter van de circulatie leidingen oordeelkundig te vergroten t. o. v. de oppervlakte om de warm water pijpen kan de natuurlijke circulatie worden vergroot tot 20x de stoomproductie. Hierdoor onstaat een water-stoom mengsel welke in een stabiele toestand de fase overgang naar stoom bevordert.
De koeling van de warme pijpenplaat wordt bereikt door de uitstroming van het stoomwater mengsel vlak tegen de onderkant van de pijpenplaat door stompen B te laten gebeuren. Grotere pijpenplaten kunnen met stoom uitstroom boringen in de pijpenplaat worden voorzien (zie fig. 3).
Het spuien van de opgeloste zouten in het ketelwater gebeurt door een spuiinrichting in de stoomdrum. Het spuien van de vaste stoffen of bezinksel op de pijpenplaat gebeurd (zoals in fig 4) door meerdere openingen F in de pijpenplaat en door bezinkselspuistompen E voorzien van snelheidsverhogende kappen De hoogte van de opening onder de spuikap wordt zodanig ontworpen dat de stromingsnelheld een meesleuring van het bezinksel veroorzaakt.
Met bovenvermelde uitvinding is een ketel gebouwd en sinds januari 1998 in bedrijf genomen. Dit toestel voldoet volledig aan de verwachtingen en de bedrijfskarakteristieken van de uitvinding
<Desc/Clms Page number 5>
Bij deze ketel is rookgaspijpondersteuning vanwege het reeds bestaande driehoekig boorpatroon van de gaten in de pijpenplaten niet met pijpondersteunende roosters kunnen gebouwd worden. In plaats daarvan zijn ringvormige, vlakke pijpondersteuningen gebruikt. Hierin zijn uitsnijdingen voorzien om de stijging van de stoombellen toe te laten.
In geval koud ketelvoedingswater wordt gebruikt waar rookgascondensatie kan plaatsvinden is de afscheiding van het condensaat uit de rookgassen goed mogelijk in de uitlaatkamer. Het rookgascondensaat wordt afgevoerd door stomp"D"van fig 1
<Desc / Clms Page number 1>
PATENT APPLICATION TITLE: Combined steam boiler-feed water preheater of
EMI1.1
the flame ipiptv: "combi boiler"
Chapters
1. Description of the technical area.
2. State of the art and its disadvantages.
3. The invention and the benefits.
4. Description and figures of the invention.
5. Conclusions Title. Combined boiler feed water preheater of the fire tube type.
1. Description of the technical area.
Boilers with flue gas or flame tubes are generally known. In this type of boiler, combustion or other waste gases flow through the pipes. The pipes are fixed in pipe plates. The tubular plates, with the cylindrical jacket, form the space where boiler water evaporates into steam. So in the hull side of this type of boiler, a mixture of vapor (steam) and liquid (water) is present at the boiling temperature of the liquid at the working pressure of the boiler.
It is known that the evaporating boiler liquid has the same temperature as the saturated vapor produced. In order to still have heat transfer, a temperature difference is required from the heat-emitting substance (flue gases) to the heat-absorbing substance (evaporating liquid).
The outlet temperature of the cooled flue gases is always a certain number of degrees above the evaporation temperature. It is known that the lower this outlet temperature, the greater the efficiency of the device. Better known under the "approach" theone.
It is known that in order to increase the efficiency, the boiler liquid, before it flows into the boiler, is called "boiler feed water preheaters" in separate heat exchangers. 2. Prior art and drawbacks.
The drawback of these known techniques is that in the case of separate construction of boiler and preheater two separate appliances, each with their pipe plate flue gas ducts and water vapor plugging, are necessary; constructive complexity, high costs due to the
<Desc / Clms Page number 2>
construction of two separate appliances and complex connections of the flue gas ducts and the liquid connections between preheater and boiler
Another drawback of the known techniques is, in the case of a fire tube boiler with internal preheating, the feed water mixes immediately and heats up with the boiler water. This drawback gives a lower thermal efficiency of the known boiler t. o. the invention.
Another drawback of the known vertical flue gas boilers in the form of a heat exchanger is the formation of vapor clouds under the baffle plates, which causes overheating of the pipes and deposition of solids from the residual hardness of the boiler water: the phenomenon "steam blanketing".
Another drawback of vertical flue pipe boilers is the formation of a plug-shaped two-phase stream. This causes vibration damage to the pipes due to the irregularly pulsed escape of these steam clouds.
Another drawback of the existing vertical vapor pipe chains is the impossibility of spraying the solid sediment on the top of the lower pipe plate. This sediment causes boiler pipe corrosion and crevice corrosion on the bottom tube plate.
3. FindinQ and benefits.
The aim of this invention is to allow the boiler water preheating and steam evaporation to take place in a simple counterflow heat exchanger and to obtain the high thermal efficiency in a constructionally simple and economical appliance. This boiler has all the characteristics of a reliable industrial boiler.
In a preferred embodiment, the incoming boiler feed water flows just above and around the lower pipe plate and flue pipes for the flue gas, so that the flue gas heat can be optimally utilized in the boiler feed water by deeper cooling.
In a preferred embodiment, the steam-water mixture under the top warm pipe sheet is collected in the taurus formed by a half bellows dish and the top pipe sheet. This ensures that sufficient volume is created to be able to apply the correct steam water speed.
The steam-water mixture flows to a higher-placed steam drum, which has the function of steam-water separation. The boiler water circulation is created by density and specific gravity differences between the steam-water mixture and the boiler water.
<Desc / Clms Page number 3>
In the preferred embodiment, the boiler water passes through the "downcomer" from the drum to the exchanger at the location in the hull of the exchanger where evaporation begins. In this way that the necessary natural circulation is created.
In a preferred embodiment, the feed water flows countercurrently along the exiting flue gases, so that energetically efficient countercurrent and flue gas condensation can occur at low feed water temperatures. This means that the colder the feed water, the higher the thermal efficiency of this combi boiler.
In a preferred embodiment, the flow above the cold plinth plate is chosen such that, by adjusting the distance to the first baffle, the water velocities do not settle residual solids, such as carbonates, silicates, phosphates and other salts, on the back of the pipe plate permits. In a preferred embodiment, the evaporation on the bottom tube plate and the resulting corrosion in gaps in the tube holes due to the lower boiler feed water temperature are avoided.
In a preferred embodiment, blowdown facilities are built in the top of the lower tube sheet in the form of narrow slit openings to drain pumps above the tube sheet and round right-angle bores in the tube sheet. This makes it possible to discharge the solids which have settled during standstill.
In a preferred embodiment, the bottom baffles up to the point where evaporation starts are formed in the form of drilled plate segments, so that clean cross flow is created. In a preferred embodiment, the baffles from the place where evaporation takes place, are designed as rod grids, only serving as pipe supports to prevent pipe vibrations. This leaves a lot of space around the pipes to let the rising steam bubbles escape and prevent steam clock formation.
If the pipe pattern is triangle-shaped instead of square, the bar grid is replaced by disk and ring baffles with steam bubble escape openings
<Desc / Clms Page number 4>
4. Description of the construction and operation (see fig. 1. 2. 3 and 4):
The feed water boiler flows in the lower part of the exchanger (fig. 1), in stub A, around the pipes in the jacket of the exchanger. Due to the contact with the warmer pipes, the feed water heats up to evaporation temperature. This cold feed water can come from the degasser or at low steam pressures directly from the make-up water tank or condensate tank.
After passing through the preheating zone, it then mixes with the circulating boiler water, which flows into the jacket in stub C. This can be done by two or more stumps, distributed around the circumference, to get a symmetrical and good mixing. From this position in the hull of the exchanger, the pipe guides are designed as support, i. p. v. the segment plate baffle plate. The number of pipe guides is determined by the vibration behavior of the pipes of the exchanger. In the evaporation zone we have a flow of water and steam vertically upwards in the jacket. The steam-water mixture flows through stumps B via the risers to the steam drum where the separation of steam and water takes place. The water, without steam bubbles, flows through the circulation pipe to the places in hull C where evaporation starts.
In the case of cold feed water, the flue gas condensate can be efficiently separated in the chamber under the lower pipe plate and drained via stub D. By judiciously increasing the diameter of the circulation pipes t. o. v. the surface around the hot water pipes, the natural circulation can be increased to 20x the steam production. This creates a water-steam mixture which in a stable state promotes the phase transition to steam.
The cooling of the hot pipe plate is achieved by allowing the outflow of the steam-water mixture to occur through stumps B close to the bottom of the pipe plate. Larger pipe plates can be provided with steam outflow bores in the pipe plate (see fig. 3).
The dissolved salts are discharged into the boiler water through a blowdown device in the steam drum. The discharge of the solids or sediment on the pipe sheet is done (as in fig. 4) through several openings F in the pipe sheet and by sedimentation pump nozzles E provided with speed-increasing caps. causes the sediment.
With the above invention, a boiler has been built and has been in operation since January 1998. This device fully meets the expectations and operating characteristics of the invention
<Desc / Clms Page number 5>
With this boiler, flue gas pipe support cannot be built with pipe supporting grids because of the already existing triangular drilling pattern of the holes in the pipe plates. Ring-shaped, flat pipe supports have been used instead. Cutouts are provided to allow the rise of the steam bubbles.
In case cold boiler feed water is used where flue gas condensation can take place, the condensate can be separated from the flue gases in the exhaust chamber. The flue gas condensate is discharged through stub "D" of fig. 1