DK141214B - Røgrørskedel med economiser. - Google Patents

Description

(11) FREMLÆGGELSESSKRIFT 141214 DANMARK (61) Intel.3 F 22 D 1 /48 «(21) Antegning nr. 125^/77 (22) Indleveret den 22# Π1&Γ · 1977 (23) Lebedag 22. tnar. 1977 (44) Antegningen fremlegt og

fremletggeiseeekriftet offentliggjort den 4. fet). 1 98O

DIREKTORATET FOR

PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET (30) Prioritet begæret fra den (71) INDUKAL APS, Nordtoft 14, 937Ο Hals, DK.

(72) Opfinder: Poul Lunde Hededam, Nordtoft 14, 9370 Hals, DK.

(74) Fuldmægtig under sagene behandling:

Firmaet Chas. Hude.

(54) Røgrørskedel med economiser.

Opfindelsen angår en røgrørskedel med højtryksdamp eller hedtvand som varmemedium, såsom en kanal-røgrørskedel, en røgrørs-exhaustgaskedel eller en lignende kedel med en røgrørs-konvektionspart og med en economiser til forvarmning af føde- eller returvand.

I kendte kedler med store vandrum og en røgrørs-konvektionspart, f. eks. kanal-røgrørskedler for højtryksdamp og hedtvand, ledes kedel-fødevandet henholdsvis returvandet ind i kedlens vandrum, hvor det opblandes i det varme kedelvand, hvis naturlige cirkulation i kedlen bestemmes af varmeoverførslen på de forskellige dele af hedefladen.

Da nedkølingen af røgen gennem et røgrør eller med andre ord varmeoverførslen fra røret i væsentlig grad er bestemt af det omgivende 2 141214 vands temperatur, vil afgangstemperaturen af røgen fra de kendte kedler variere med kedelvandets temperatur. Ofte konstrueres kedlen således, at røgen ved fuld belastning nedkøles til en temperatur på ca, 100°C over kedelvandstemperaturen, d.v.s. den til mættet damptilstand ved det givne tryk svarende vandtemperatur i dampkedlerne, henholdsvis fremløbstemperaturen i hedtvandskedlerne. Ved denne forskel på ca.

100°C mellem temperaturerne på røgen og kedelvandet sikrer man en rimeligt høj specifik varmeoverførsel gennem den sidste del af konvektionshedefladen med naturlig cirkulation af kedelvandet. Dette betyder på den anden side, at varmeindholdet i røggasserne normalt ikke udnyttes i tilstrækkeligt høj grad, d.v.s. at røgvarmetabet (skorstenstabet) bliver for højt og kedelvirkningsgraden dermed for lav.

I kendte kedler af de angivne arter har man i nogen grad rådet bod på dette forhold gennem forskellige foranstaltninger.

I nogle af disse kedler forbedres røgnedkølingen gennem en forøgelse af forholdet mellem røgrørenes længde og indvendige diameter samt en forøgelse af røgrørenes samlede hedeflade, eksempelvis omkring 25% forøgelse af hedefladen, for opnåelse af nedkøling af røgen til kedelvandstemperaturen +50°C i stedet for +100°C.

I andre af disse kedler udstyres røgrørene eksempelvis med turbulato-rer af forskellige udformninger; herved opnås en bedre nedkøling af røggasserne som følge af de større røghastigheder m.v., end forholdene i tilsvarende rør uden turbulatorer betinger, men samtidig sættes en karakteristisk røgrørskedelfordel over styr, nemlig den bekvemme mulighed for fuldstændig inspektion og rensning af kedlernes røgside.

I begge disse kendte kedeltyper vil afgangstemperaturen af røgen variere med kedelvandets temperatur.

Andre kendte kedler af de angivne arter udstyres med en efter kedlen placeret glatrørs- eller ribberørseconomiser til opnåelse af en forbedret nedkøling af røggasserne. Med en sådan economiser vil røgens afgangstemperatur variere med temperaturen af det tilførte føde- henholdsvis returvand, men samtidig sættes flere af de karakteristiske røgrørskedelfordele over styr, nemlig muligheden for fuldstændig inspektion af både røgsiden og vandsiden, samt specielt den ufølsomhed over for moderate belægninger på vandsiden, som kendetegner røgrørskedlerne .

3

1412U

Formålet med opfindelsen er at anvise en røgrørskedel af den indledningsvis angivne art, ved hjælp af hvilken der kan opnås en forbedret kedelvirkningsgrad derved, at der sker en bedre udnyttelse af varmen i røggassen som følge af en mere effektiv udnyttelse af røgrørshedefladen og en forøgelse af vand<?irkulationen i kedlens vandrum, samtidig med at de karakteristiske røgrørskedelfordele bibeholdes, og samtidig med at røgens afgangstemperatur varierer med temperaturen af det tilførte føde- henholdsvis returvand, d.v.s. at kedelvirkningsgraden kan holdes på en given høj værdi, uanset drifts-trykket henholdsvis driftstemperaturen.

I nogle kendte, ældre kanal-røgrørskedeltyper, "lokomotivkedlerne", har vandrummet, eksempelvis som omtalt i Norsk Patent 90290, været udstyret med en skærmplade, der sammen med kedelsvøbet og den bageste kedelbund danner et forvarmerrum for fødevandet henholdsvis returvandet til damp- og hedtvandskedler ("vandvarmere").

Vandets bevægelser i sådanne forvarmerrum med store volumina bestemmes af den naturlige cirkulation med "kolde, nedadgående strømme" uden om røgrørspartiet og "varme, opadgående strømme" gennem dette. Gennemsnitsvandtemperaturen mod røgrørshedefladen er derfor relativt høj, og forvarmerens economiservirkning, d.v.s. røgnedkølingseffekt, tilsvarende lav; for typiske tilladelige føde- henholdsvis returvandstemperaturer og typiske damptryk- henholdsvis hedtvandstemperaturer er der således tale om virkningsgradforbedringer på indtil ca. 1% for dampkedler og indtil ca. 1,5% for hedtvandskedler uden kondensation af damp i forvarmerrummet.

Røgrørskedlen ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at røgrørene i den sidste del af kedlens røgrørs-konvektionspart er omgivet af en kappe, i hvilken der er anbragt et antal tværgående skilleplader, som gennemskæres af røgrørene og skiftevis er således forskudt, at de danner en bølgeformet indstrømningskanal for føde- eller returvand i tvungen modstrøm til røggassen, idet kanalen har tilførselsorganer for vandet ved røgrørenes afgangsende og er åben mod kedlens vandrum ved sin modsatte ende.

Ved dette arrangement, hvorved fødevandet eller returvandet tvangscirkuleres om den indesluttede røgrørshedeflade i den sidste del af konvektionsparten, opnås en effektiv udnyttelse af denne hedeflade og dermed under alle forhold en effektiv røgnedkøling, samtidig med 141214 4 at der også fås en forøgelse af vandcirkulationen i den øvrige del af kedlens vandrum. Alle disse forhold medvirker til forøgelse af kedelvirkningsgraden og til opnåelse af en god virkningsgrad under varierende driftsforhold. Idet føde- eller returvandet tvangscirkuleres i modstrøm til røgen, og kappen har tværgående skilleplader med sådanne afstande, at der fås optimal vandgennemstrømningshastighed, sikres den valgte nedkøling af røgen. Forbedringen af kedelvirkningsgraden er voksende med voksende kedeltemperatur og med faldende føde-vands- henholdsvis returvandstemperatur på kedlerne.

I en udførelsesform for røgrørskedlen ifølge opfindelsen er der uden om den nævnte kappe anbragt endnu en kappe, som danner et rum, som efter behov kan være udfyldt med isolationsmateriale eller kan være indskudt i vandtilførslen til economiserens indstrømningskanal.

I kedler, hvor der er tale om både relativt store, tilførte vandmængder og relativt små differenser mellem den tilladelige temperatur, t_, i economiseren og temperaturen, t, , i det economiseren om-givende kedelvand, sikres economiservirkningen med enkeltkappe-ud-førelsesformen.

I kedler, hvor der er tale om enten relativt små, tilførte vandmængder eller relativt store temperaturdifferenser t^ t t , sikres economiservirkningen med dobbeltkappe-udformningen med isolation i mellemrummet.

I kedler, hvor der er tale om både relativt små, tilførte vandmængder og relativt store temperaturdifferenser t^ * t , sikres economiservirkningen med dobbeltkappe-udføreisen, idet den tilførte vandmængde ledes igennem mellemrummet mellem kapperne, inden den, forvarmet, træder ind i economiseren.

Inden for de gængse rammer for ydelse, driftstryk og driftstemperatur for røgrørskedler for højtryksdamp og hedtvand og med typiske føde- henholdsvis returvandstemperaturer på ca. 100°C henholdsvis ca. 140°C til damp- og hedtvandskedlerne kan med kedlen ifølge opfindelsen opnås en røgnedkøling til eksempelvis ca. 180°C ved fuld last med oliefyring og 14% CC^ i røgen, svarende til et røgvarmetab på ca. 7%, idet optimale forhold tilvejebringes, for så vidt angår størrelsen af den omsluttede røgrørshedeflade, vandhastighederne

U12U

5 gennem economiseren og varmevekslingen mellem economiservand, forvarmervand og kedelvand over kappearrangementet.

Samtidig kan kappearrangementet og reguleringen af vandstrømmene gennem dette under alle omstændigheder udføres således, at dampkedlernes economisere ikke tilføres vand af så lave temperaturer, at der på ' røgsiden kan forekomme utilladeligt lave hedefladetemperaturer; en tilsvarende sikkerhed i hedtvandskedlerne kan under alle omstændigheder opnås gennem kappeforvarmeren eller gennem et udvendigt shuntarrangement eller gennem en kombination af disse forvarmningsindretninger.

Røgrørskedler med ét eller flere røgtræk kan uden vanskelighed ifølge opfindelsen bygges med economisere.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende i forbindelse med tegningen, hvor fig. la-b henholdsvis i længdesnit efter linien a-a i fig. Ib og i tværsnit skematisk viser en kanal-røgrørskedel af kendt type for højtryksdamp, fig. 2a-b henholdsvis i længdesnit efter linien a-a i fig. 2b og i tværsnit en kanal-røgrørskedel af kendt type for hedtvand, fig. 3a-c henholdsvis i længdesnit efter linien a-a i fig. 3b, i tværsnit og i et længdesnit set ovenfra en udførelsesform for røgrørskedlen ifølge opfindelsen i form af en 3-træks kanal-røgrørskedel for højtryksdamp,og fig. 4 viser et lodret snit i en 1-træks, vertikal exhaust-gas-røg-rørskedel for hedtvand ifølge opfindelsen.

I den i fig. 1 viste kanal-røgrørskedel for højtryksdamp ledes kedel-fødevand gennem en ledning KF ind i kedlens vandrum VR, hvor det op-blandes i det varme kedelvand, hvis naturlige cirkulation i kedlen bestemmes af varmeoverførslen på de forskellige dele af hedefladen, der her består af kedlens ildkanal 1 som strålingshedeflade og en konvektionspart bestående af to røgrørssektioner 2 og 3 i henholdsvis første og andet røgtræk. På tilsvarende måde ledes returvand gennem £ 141214 en ledning R tilbage til vandruramet VR i den i fig. 2 viste hedtvands-røgrørskedel og blandes med det varme kedelvand. Også i dette tilfælde bestemmes cirkulationen af vandet i kedlen i det væsentlige af varmeoverførsien på hedefladens forskellige dele.

I disse kendte kedler vil afgangstemperaturen af røgen variere med kedelvandets temperatur, idet varmeoverførsien fra røgen i røgrørene i høj grad er afhængig af temperaturen af det omgivende vand. Heraf følger, at kedelvirkningsgraden over kedlernes belastningsområde falder med stigende tryk i dampkedlerne, henholdsvis stigende fremløbstemperatur i hedtvandskedlerne.

Kedlen i fig. 3, der er forsynet med en economiser er en 3-træks kanal-røgrørskedel ifølge opfindelsen , hvor forbrændingen foregår i ildkanalen 1, og røgen føres gennem konvektionspartens to røgrørssektioner 2 og 3 til kedlens røgafgang 4.

En economiser er indbygget i kedlens vandrum 5 rundt omkring den bageste del af sidste røgrørssektion 3 og består af en kappe 6 og et antal skilleplader 7, der gennemskæres af sektionens røgrør 8 og er således skiftevis forskudt, at de danner cirkulationskamre 9, gennem hvilke det forvarmede fødevand eller returvand føres i en bugtet strøm, idet vandet først ledes ind i cirkulationskammeret 9i ved røgafgangen 4, d.v.s. at føde- eller returvandet strømmer i modstrøm til røgens bevægelse. Uden om kappen 6 er economiseren udstyret med endnu en kappe, hvorved der dannes et rum 10, der efter behov kan benyttes som fødevandsforvarmer eller udfyldes med isolationsmateriale.

I kedlen på fig. 3, som er en dampkedel, føres fødevandet, der f.eks. typisk kan have en temperatur på 100-105°C fra en aflufter gennem forvarmeren 10, i hvilken vandet opvarmes til en temperatur, som sikrer at kedelhedefladerne på intet punkt afkøles så meget, at overfladetemperaturen på røgsiden bliver lavere end røggassernes dugpunktstemperatur. Ved oliefyring skal fødevandet sædvanligvis forvarmes til en temperatur på 120-140°C, afhængigt af oliens svovlindhold.

På tilsvarende måde kan en hedtvandskedels returvand om nødvendigt forvarmes til tilsvarende temperaturer, eller returvandets temperatur kan, som vist på fig. 4, hæves gennem iblanding af kedelvand ved hjælp af en shuntpumpe. Røgrørssektionen, kappen og skillepladerne er be-

U12U

7 tegnet med samme henvisningstal 3, 6 og 7 som i det foregående. Røgen strømmer ind ved 11 og ud ved 12, medens hedtvandsfremløbet er betegnet med 13,og hedtvandet returneres ved 14.

Ved en røgrørskedel med economiser ifølge opfindelsen kan kedlens røgafgangstemperatur sænkes væsentligt, således som det fremgår af følgende eksempel:

En høj tryksdamp·'- eller hedtvandskedel vil ofte være konstrueret til ved fuld last at afkøle røgen til en temperatur, der svarer til kedelvandstemperaturen +100°C, d.v.s at f.eks. en 15 ato dampkedel med fødevand forvarmet til 130 C eller en hedtvandskedel med en fremløbsvandtemperatur på 200°C og en returvandstemperatur på 130°C indrettes til ved fuld belastning at arbejde med en røgtemperatur på 300°C.

Ved at anvende den foran beskrevne kedel med economiser med en vandtemperatur på 200°C og en indgangstemperatur på fødevandet på ca. 100°C til forvarmekappen i dampkedlerne, henholdsvis ca. 130°C til economiseren i hedtvandskedlerne, vil man kunne opnå en sænkning af kedlens røgafgangstemperatur fra 300°C til 180° C svarende til en reduktion af skorstenstabet på 12-7 = 5% ved oliefyring med 14% CO2 i røgen og en luftindsugnings-(rum-)temperatur på 20°C.

Ved opfindelsen opnås en bedre udnyttelse af den indesluttede røgrørs-hedeflade og en forøgelse af vandcirkulationen i den øvrige del af kedlens vandrum og ved den beskrevne udførelsesform, hvor føde- eller returvandet forvarmes, elimineres risikoen for en pletvis utilladelig hedefladetemperatur, som kan forekomme i kedler, hvor ikke-for-varmet vand føres direkte ind i vandrummet som vist i fig. 1 og 2.

Den valgte nedkøling af røgen sikres gennem afstemningen mellem econo-miserhedefladen, vandhastighederne og temperaturerne i economiser, forvarmer og kedel.

Det i fig. 4 viste shuntarrangement kan tænkes erstattet med andet tilbehør for forvarmning af vandet før indstrømningen i rummet 10 eller i economiserens indløbskammer 9i.