CS248671B1

CS248671B1 - Equipment for supplying secondary combustion air

Info

Publication number: CS248671B1
Application number: CS526184A
Authority: CS
Inventors: Jiri Gajdosik; Alois Charvat; Jiri Hruby; Rudolf Brtnik; Jaroslav Raiser; Pavel Pachernik
Original assignee: Jiri Gajdosik; Alois Charvat; Jiri Hruby; Rudolf Brtnik; Jaroslav Raiser; Pavel Pachernik
Priority date: 1984-07-06
Filing date: 1984-07-06
Publication date: 1987-02-12

Abstract

Řešení se týká zařízeni pro přívod sekundárního spalovacího vzduchu, zejména k teplovodním kotlům. Zařízení sestává ze dvou sacích kanálů, horního a spodního, orientovaných protisměrně. Horní sací kanál plni současně funkci odsávacího kanálu plynných hořlavin, nahromaděných pod horní deskou kotle. V prostoru mezi vyústěním obou sacích kanálů a u ústi vstupu do spalovací komory mohou být navíc umístěny dvě vířivé přepážky vstupu do spalovací komory, horní a spodní, způsobující aktivní turbulenci sekundárního vzduchu. Veškeré prvky zařízení jsou provedeny vyměnitelně.The solution concerns a device for supplying secondary combustion air, especially to hot water boilers. The device consists of two suction channels, upper and lower, oriented in opposite directions. The upper suction channel simultaneously performs the function of an exhaust channel for gaseous combustibles accumulated under the upper plate of the boiler. In the space between the outlets of both suction channels and at the entrance to the combustion chamber, two vortex baffles for the entrance to the combustion chamber, upper and lower, may be additionally placed, causing active turbulence of the secondary air. All elements of the device are made replaceable.

Description

Vynález se týká zařízení pro přívod sekundárního spalovacího vzduchu, zejména k teplovodním kotlům na tuhá paliva s vysokým obsahem hořlavých plynů.The invention relates to a device for supplying secondary combustion air, in particular to hot-water solid fuel boilers with a high content of flammable gases.

Užívaná zařízení pro sekundární spalování prchavých hořlavin, vznikajících ve zvýšené míře při spalování tuhých, méně hodnotných paliv, jsou založena na přívodu sekundárního vzduchu do činné části kotle samostatnou trubicí, uloženou příčně v kotli a opatřenou průduchy, kterými se sekundární vzduchzavádí přímo do proudu prchavých hořlavin. Tímto dodatečným přívodem vzduchu dochází k druhotnému vznícení a spalování hořlavých plynů, které nebyly dosud spáleny a unikly by bez využití do kouřovodu kotle. Sekundárním spalováním se především brání úniku značného množství plynných škodlivin do atmosféry a současně se zvyšuje i ekonomičnost provozu kotle, poněvadž použité množství paliva je kaloricky účinněji využito. Společným nedostatkem dosavadního řešení přívodu sekundárního vzduchu samostatnou trubicí je, že sekundární vzduch, přiváděný do prchavých hořlavin bezprostředně zvenčí bočními regulovatelnými otvory, nemá optimální teplotu, potřebnou k druhotnému spalovacímu účinku a dochází tak k ochlazování plynných spalin a snížení účinnosti zařízení. V důsledku toho i kotle, opatřené trubicí pro přívod sekundárního vzduchu, stále nevykazují účinnost, která je s ohledem na účel zařízení žádoucí. Kromě toho laboratorním výzkumem bylo prokázáno, že toto není jedinou příčinou nedostatečné účinnosti kotle vybaveného zařízením pro sekundární spalování plynů. Bylo zjištěno, že přivádění sekundárního vzduchu do proudu prchavých hořlavin představuje složitý termodynamický proces a že přívod vzduchu průduchy v trubici do oblasti vstupu plynů do spalovací komory způsobuje nežádoucí turbulenci, která rovněž snižuje účinnost zařízení.The devices used for the secondary combustion of volatile combustibles, which are produced to a greater extent by the combustion of solid, less valuable fuels, are based on the supply of secondary air to the active part of the boiler by a separate tube. . This additional air supply causes secondary ignition and combustion of flammable gases that have not been burned yet and would have escaped into the boiler flue without being used. In particular, secondary combustion prevents the leakage of a significant amount of gaseous pollutants into the atmosphere and at the same time increases the economy of the boiler operation, since the amount of fuel used is used more efficiently. A common drawback of the prior art solution of the secondary air supply by a separate tube is that the secondary air supplied to the volatile combustible materials directly from the outside through the controllable orifices does not have the optimum temperature required for secondary combustion effect. As a result, boilers equipped with a secondary air supply tube still do not have the efficiency desired for the purpose of the plant. In addition, laboratory research has shown that this is not the only cause of a lack of efficiency in a boiler equipped with a secondary gas combustion plant. It has been found that supplying secondary air to the volatile gas stream is a complex thermodynamic process and that air supply through the vents in the tube to the gas inlet region of the combustion chamber causes undesirable turbulence, which also reduces the efficiency of the apparatus.

248 871248 871

Dalším nedostatkem současně užívaných zařízení je, že se jimi neřeší problém účinného spálení toho množství hořlavých plynů, které se tvoří ještě před vznícením paliva v prostoru násypky kotle. Tyto plyny, které neregulovatelně přicházejí z násypky do spalovacího procesu, neobsahují dostatečné množství vzduchu a působí negativně na spalovací proces, což má za následek rovněž zvýšenou tvorbu prchavých, kaloricky nezhodnocených spalin. Konečně nevýhodou užívaných zařízení k sekundárnímu spalování je i nízká životnost trubice pro přívod sekundárního vzduchu, poněvadž je vystavena stálému a intenzivnímu žáru v ohništi kotle.A further drawback of the currently used devices is that they do not solve the problem of effectively burning the amount of combustible gases that are formed before the fuel ignites in the boiler hopper space. These gases, which uncontrollably come from the hopper into the combustion process, do not contain enough air and negatively affect the combustion process, which also results in increased formation of volatile, calorically undervalued flue gases. Finally, the disadvantage of the secondary combustion equipment used is the low service life of the secondary air supply tube, since it is exposed to a constant and intense heat in the boiler furnace.

Uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro přívod sekundárního vzduchu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že sestává ze dvou sacích kanálů, horního a spodního, uspořádaných protisměrně, přičemž horní sací kanál je opatřen v prostoru pod horní deskou kotle sacím otvorem. Sací kanály lze provést tak, že horní sací kanál sestává z horizontální usměrňovači desky a horní desky kotle, opatřené vstupním vzduchovým otvorem s regulační klapkou a z horní vertikální usměrňovači desky a odhořívací přepážky kotle, kdežto spodní sací kanál sestává ze spodní vertikální usměrňovači desky umístěné nad pohyblivým roštem a z konstrukční přepážky kotle, přičemž mezi horizontální usměrňovači deskou a horní vertikální usměrňovači deskou je ponechán otvor, tvořící dělicí průduch a spodní vertikální usměrňovači des ka je opatřena alespoň jedním výstupním otvorem pro sekundární vzduch. Za účelem zvýšení termodynamického účinku v prostoru vstu pu do spalovací komory je účelné zavěsit pod horní sací kanál horní vířivou přepážku, zasahující svojí spodní hranou do ústí vstupu do spalovací komory, přičemž mezi koncem horního sacího ka nálu a horní vířivou přepážkou je ponechán výstupní průduch pro sekundární vzduch a přičemž na spodní vertikální usměrňovači desce je uložena spodní vířivá přepážka, vymezující spodní okraj vstupu do spalovací komory.The above-mentioned drawbacks are eliminated by the secondary air supply device according to the invention, which consists of two intake ducts, an upper and a lower one, arranged in the opposite direction, the upper intake duct being provided with a suction opening in the space below the upper boiler plate. The suction ducts can be made in such a way that the upper suction duct consists of a horizontal baffle plate and a boiler upper plate, equipped with an air inlet with a regulating flap and an upper vertical baffle plate and a boiler burner, while the lower suction channel consists of a lower vertical baffle plate grate and from the boiler structural partition, leaving between the horizontal baffle plate and the upper vertical baffle plate an aperture forming a separating vent, and the lower vertical baffle plate is provided with at least one outlet for secondary air. In order to increase the thermodynamic effect in the combustion chamber inlet chamber, it is expedient to suspend an upper swirl barrier below its upper suction channel extending at its lower edge into the combustion chamber inlet, leaving an outlet vent for the end of the upper suction channel and upper swirl barrier. secondary air and wherein a lower vortex baffle defining a lower edge of the combustion chamber inlet is disposed on the lower vertical baffle plate.

Hlavní výhody zařízení podle vynálezu spočívají v tom, že sekundární vzduch, vedený dvěma protisměrnými kanály, nezpůsobuje negativní turbulenci, k níž dochází u dosud známých provedení. Poněvadž cesty sekundárního vzduchu jsou vedeny kolem značně za248 871 hřátých částí kotle, není do proudu hořlavých plynů vpouštěn chladný sekundární vzduch a dochází ke vznícení prchavých hořlavin, které nejsou přívodem vzduchu ochlazovány ,a tím i k jejich účinnějšímu spalování. V důsledku podtlaku, vyvolaného v horním sacím kanálu, nasává se do něho dělicím průduchem i část hořlavých plynů, tvořících se v nespáleném tuhém palivu, které jsou přiváděny do spalovacího procesu spolu se sekundárním vzduchem a jsou rovněž spalovány, takže neunikají, jak se někdy děje, kolem pohyblivého roštu a nemohou působit dusivě na proces hoření. Umístění vířivých přepážek u vstupu do spalovací komory vyvolává aktivní víření v oblasti proudu prchavých hořlavin a dosahuje se jím značného účinku při jejich vzněcování a spalování. Kromě uvedeného, zařízení podle vynálezu umožňuje i konstrukční sladění jednotlivých funkčních částí kotle, které tvoří účelový celek, v němž jsou postupně obsaženy všechny fáze spalovacího procesu ve směru od násypky paliva k ohništi, odtud do vstupu do spalovací komory a konečně do výměníku tepla, do něhož vycházejí již spaliny, zbavené hořlavých a zdraví škodlivých složek.The main advantages of the device according to the invention are that the secondary air, conducted through two upstream channels, does not cause the negative turbulence that occurs in the prior art. Since the secondary air paths are routed around the heavily heated parts of the boiler, cold secondary air is not admitted into the combustible gas stream and volatile combustibles that are not cooled by the air inlet are ignited, thereby burning them more efficiently. As a result of the vacuum generated in the upper intake duct, some of the combustible gases formed in unburned solid fuel, which are fed to the combustion process together with the secondary air and are also burned, are also sucked into the separation duct, so that they do not escape as sometimes happens. around the movable grate and can not suffocate the combustion process. The location of the vortex baffles at the inlet to the combustion chamber induces an active vortex in the region of the flow of volatile combustibles and has a considerable effect in their ignition and combustion. In addition, the device according to the invention also allows for the structural harmonization of the individual functional parts of the boiler, which form a purpose unit, in which all stages of the combustion process are gradually included in the direction from the fuel hopper to the fireplace. which already emits flue gases, free from flammable and harmful components.

Ka výkresu podle obr.l je znázorněn celkový pohled na zařízení pro přívod sekundárního spalovacího vzduchu v teplovodním kotli podle vynálezu ve schematickém řezu v náryse a se specifickým provedením horní a spodní vířivé přepážky a obr.2 představuje tentýž schematický řez zařízením v teplovodním kotli s alternativním provedením spodní a horní vířivě přepážky.FIG. 1 is a schematic cross-sectional side view of the secondary combustion air supply apparatus of a hot-water boiler according to the invention, with a specific embodiment of an upper and a lower swirl partition; and FIG. design of the lower and upper whirling partition.

Zařízení pro přívod sekundárního spalovacího vzduchu podle vynálezu (obr.l) sestéivá z horního sacího kanálu 1 a-spodního sacího kanálu 2 umístěných ve vnitřním prostoru kotle 2· Horní sací kanál 1 tvoří horizontální usměrňovači deska 4, uchycená pod horní deskou 2 kotle 2> ^v níž je vytvořen vstupní vzduchový otvor 6, opatřený regulační klapkou 2» jíž lze regulovat podle potřeby přívod sekundárního spalovacího vzduchu horním sacím kanálem L· Cesta sekundárního vzduchu tímto kanálem je za horizontální usměrňovači deskou 4 přerušena otvorem 8, tvořícím dělicí průduch, na který navazuje další úsek horního sacího kanálu 1, tvořený horní vertikální usměrňovači deskou zavěšenou s odstupem od stěny odhořívací přepážky 10. Ka konci vertikální usměrňovači desky 2 je vynechán výstupní průduch 11 a za ním je pod vertikální usměr248 671 novací desku £ zavěšena horní vířivá přepážka 12 vstupu 13 do spalovací komory 14. Vstup 13 má tvař horizontálně vedeného krátkého kanálu, jímž proudí prchavé hořlaviny, vznikající v prostoru ohniště 1£ nad pohyblivým roštem 16, do spalovací komory 14, nad níž je uložen výměník 1£ tepla.Secondary combustion air supply device according to the invention (Fig. 1) consisting of an upper suction channel 1 and a lower suction channel 2 located in the interior of the boiler 2 · The upper suction channel 1 is formed by a horizontal baffle plate 4 mounted below the upper plate 2 of the boiler 2> ⁱⁿ which an inlet air opening 6 is provided, provided with a regulating flap 2, by means of which the supply of secondary combustion air through the upper intake duct L can be controlled as required. The secondary air path through this duct is interrupted behind the horizontal baffle plate 4 through an opening 8 a further section of the upper suction channel 1, formed by an upper vertical baffle plate suspended from the wall of the burner partition 10. At the end of the vertical baffle plate 2, an outlet vent 11 is omitted and behind it a vertical swirl baffle is suspended below the vertical baffle plate. The inlet 13 has the shape of a horizontally guided short channel through which the volatile combustibles occurring in the furnace space 16 above the movable grate 16 flow into the combustion chamber 14, over which the heat exchanger 16 is arranged.

Spodní sací kanál g tvoří spodní vertikální usměrňovači deska 18, zavěšená s odstupem od konstrukční přepážky 19. takže mezi nim vznikne úzký sací prostor. Spodní vertikální usměrňovači deska 18 je svým spodním koncem umístěna v prostoru za pohyblivým roštem 16. kde je vynechán vstupní průduch 22 P^ro vstup vzduchu zvenčí přes prostor popelníku 21. Spodní vertikální usměrňovači deska 18 je opatřena výstupním otvorem 22 pro průchod sekundárního vzduchu ke vstupu 13 do spalovací komory 14. Nad spodní vertikální usměrňovači deskou 18 je uložena spodní vířivá přepážka 23« vymezující spodní okraj vstupu 1£ do spalovací komory 14. Obě vířivé přepážky, horní 12 a spodní 23« mohou být různě geometricky tvarovány s ohledem na termodynamické poměry, závislé na režimu spalování v odlišných typech kotlů. Toto tvarování bylo ověřeno experimentálně a odpovídá složitým termodynamickým poměrům, existujícím při spalovacím procesu v prostorách kotle. Podle jedné alternativy provedení (obr.l) může být spodní hrana horní vířivé přepážky 12 jednostranně zkosena a část spodní vířivé přepážky 2£, tvořící spodní kraj vstupu 13 do spalovací komory .14, může být zkosena oboustranně, čímž se dosahuje specifických účinků sekundárního proudění v oblasti před vstupem lý do spalovací komory 14 i za ním. Na rozdíl od první alternativy lze provést horní vířivou přepážku 12 tak, ze má tvar kvadratické desky, zatímco přední hrana spodní vířivé přepážky 23 je naopak zkosena (obr.2) a její tvar odpovídá v podélném obryse lichoběžníku. Obdobně mohou být odlišně tvarovány u obou alternativ i výstupní otvory 22 ve spodní usměrňovači desce £8, čímž lze rovněž dosáhnout specifického režimu proudění sekundárního vzduchu, přiváděného spodním sacím kanálem 2· Veškeré konstrukční prvky obou sacích kanálů 1 a 2» horního a spodního, zejména horizontální usměrňovači deska 4, horní vertikální usměrňovači deska 2, spodní vertikální usměrňovači deska 18, jakož i obě vířivé přepážky £2 a 23. horní a spodní, jsou zavěšeny v prostoru kotle pomocí neznázorněných známých mechanických prostředků, takže jsou všechnyThe lower suction channel g is formed by a lower vertical baffle plate 18 suspended from a distance from the structural partition 19, so that a narrow suction space is formed between them. Bottom vertical baffle plate 18 at its lower end positioned in the space behind the movable grate 16, wherein the vent is omitted inlet 22 P ^ro entry of air from outside through the ash 21st Bottom vertical baffle plate 18 is provided with an outlet opening 22 for the passage of secondary air to the inlet 13 Above the lower vertical baffle plate 18, there is a lower swirl partition 23 'defining the lower edge of the inlet 14 of the combustion chamber 14. The two swirl baffles, upper 12 and lower 23', can be differently geometrically shaped with respect to thermodynamic conditions. depending on the combustion mode in different types of boilers. This shaping has been verified experimentally and corresponds to the complex thermodynamic conditions existing in the combustion process in the boiler room. According to one alternative embodiment (Fig. 1), the lower edge of the upper swirl partition 12 may be beveled on one side and the portion of the lower swirl partition 26 forming the lower edge of the combustion chamber inlet 14 may be bevelled on both sides, thereby achieving specific secondary flow effects. in the region before and after the combustion chamber 14. In contrast to the first alternative, the upper swirl partition 12 can be made to have a quadratic plate shape, while the front edge of the lower swirl partition 23 is chamfered (FIG. 2) and its shape corresponds to the longitudinal contour of the trapezoid. Similarly, the outlet openings 22 in the lower baffle plate 8 may be differently shaped in both alternatives, thereby also achieving a specific flow mode of the secondary air supplied by the lower suction channel 2. the horizontal baffle plate 4, the upper vertical baffle plate 2, the lower vertical baffle plate 18, as well as the two swirl baffles 52 and 23 of the top and bottom are suspended in the boiler space by known mechanical means, so that all

248 671 ~ 5 podle potřeby vyměnitelné. Zařízení lze v některých případech omezit i na základní uspořádání sacích kanálů 1 a £, horního a spodního bez použití vířivých přepážek 12 a 25.248 671 ~ 5 Replaceable as required. The device can in some cases be limited to the basic arrangement of the suction channels 1 and 6, the upper and the lower ones without the use of the swirl baffles 12 and 25.

Funkce zařízení podle vynálezu probíhá tak, že za provozního stavu kotle Část sekundárního spalovacího vzduchu proudí horním sacím kanálem 1 a dalěí jeho část spodním sacím kanálem £. Do horního sacího kanálu 1 proudí sekundární vzduch vstupním vzduchovým otvorem 6 (znázorněn.pevnou čarou). Jeho vstup lze regulovat podle požadovaného režimu hoření regulační klapkou £. Za úsekem horizontální usměrňov ací desky 4 se sekundární vzduch v otvoru 8,tvořícím dělicí průduch rozvětvuje a jeho část pokračuje v proudění mezi horní vertikální usměrňovači deskou 2 ^a stěnou odhořívací přepážky 10, vystupuje výstupním průduchem 11, obtéká spodní hranu horní vířivé přepážky 12 a vniká do proudu prchavých hořlavin (znázorněn tečkované přerušovanou Čarou). Druhá část sekundárního vzduchu uniká otvorem 8, tvořícím dělicí průduch, proudí nespáleným palivem, který prochází rovněž až ke vstupu 1$ do spalovací komory 14. Při naplnění násypky drobným palivem s velkým obsahem prachu unikají hořlavé plyny (znázorněno čárkovanou čarou), shromaždující se pod horní deskou 2 kotle 2» do otvoru 8, tvořícího dělicí průduch, a proudí společně se sekundárním vzduchem horním sacím kanálem 1 až ke vstupu 15 do spalovací komory 14, kde jsou spalovány společně s ostatními prchavými hořlavinami, vycházejícími z prostoru ohniště 15. Protisměrný proud sekundárního vzduchu, vedený opačným směrem spodním sacím kanálem se odděluje za spodní regul. klapkou 24 od primárního vzduchu (znázorněno dvojitou čarou) v prostoru pod pohyblivým roštem lfe v důsledku podtlaku v průduchu 20 a proudí do prostoru spodního sacího kanálu 2 mezi spodní vertikální usměrňovači deskou 18 a konstrukční přepážkou 19 kotle 2» odkud uniká výstupním otvorem směrem ke vstupu 15 do spalovací komory 14. Zde se mísí s proudem sekundárního vzduchu, přiváděného horním sacím kanálem 1 a podporuje účinné spalování prchavých hořlavin, proudících z prostoru ohniště 15 směrem do spalovací komory 14. Spalovací proces je tak nejpozději v prostoru spalovací komory 14 ukončen, výstupní spaliny jsou zbaveny zdraví škodlivých složek, jako kysličníku uhelnateého, vodíku a dalších, přičemž dochází k účinnějšímu kalorickému zhodnocení použitého tuhého paliva.The operation of the device according to the invention takes place in that, in the operating state of the boiler, a part of the secondary combustion air flows through the upper suction channel 1 and another part thereof through the lower suction channel 6. Secondary air flows into the upper suction channel 1 through the air inlet 6 (shown in solid line). Its input can be regulated according to the desired burning mode by the flap flap. Downstream of the horizontal baffle plate section 4, the secondary air in the aperture 8 forming the separating vent is branched and a portion of it continues to flow between the upper vertical baffle plate 2 ^{and the} wall of the combustion chamber 10, exiting the outlet vent 11, into the flow of volatile combustibles (shown by the dotted dashed line). The second part of the secondary air escapes through the aperture 8 forming the separating passage, flowing through unburnt fuel, which also passes up to the inlet 10 of the combustion chamber 14. When the hopper is filled with a small fuel with high dust content, flammable gases (shown by dashed lines) through the upper plate 2 of the boiler 2 into the aperture 8 forming the separating vent and flows together with the secondary air through the upper suction channel 1 up to the inlet 15 into the combustion chamber 14 where they are combusted together with other volatile combustibles coming out of the fire chamber 15. The secondary air, led in the opposite direction through the lower suction channel, is separated by the lower regulator. flap 24 from the primary air (shown by a double line) in the space below the movable grate lfe as a result of the vacuum in the vent 20 and flows into the lower suction channel 2 between the lower vertical baffle plate 18 and the structural baffle 19 of the boiler 2 15 into the combustion chamber 14. Here it mixes with the stream of secondary air supplied by the upper suction channel 1 and promotes efficient combustion of the volatile combustibles flowing from the furnace space 15 towards the combustion chamber 14. The combustion process is completed at the latest in the combustion chamber 14 the flue gases are freed from health-damaging components such as carbon monoxide, hydrogen and others, and the calorific value of the solid fuel used is more efficient.

Zařízení podle vynálezu lze použít i u jiných typů spalovacích kotlů, než jsou teplovodní.The apparatus according to the invention can also be used in other types of combustion boilers than hot water boilers.

Claims

Apparatus for supplying a second air flow to an incinerator, in particular to a hot-water boiler for heating a furnace with a single air duct for supplying additional air by differential pressure to the furnace space, characterized in that: The upper suction channel (1) is provided with a suction opening (8) in the space below the upper plate (5) of the boiler (5).

Device according to claim 1, characterized in that the upper suction channel (1) consists of a horizontal baffle plate (4) and an upper plate (5) of the boiler (3) provided with an air inlet (6) with a control flap (7). , an upper vertical baffle plate (9) and a deburring baffle (10), whereas the lower suction channel (2) consists of a lower vertical baffle plate (18) located above the movable grate (16) and a structural baffle (19) of the boiler (3) wherein between the horizontal baffle plate (4) and the upper vertical baffle plate (9) an aperture (8) forming a separating vent is left and the lower vertical baffle plate (18) is provided with at least one secondary air outlet aperture (22).

Device according to Claims 1 and 2, characterized in that an upper swirl partition (12) of the inlet (13) of the combustion chamber (14) extending under its upper edge into the mouth of the inlet (13) is suspended below the upper suction channel (1). into the combustion chamber (14), leaving a secondary air outlet (11) between the end of the upper suction channel (1) and the upper vortex partition (12) and a lower vortex partition (23) located on the lower vertical baffle plate (18) defining a lower edge of the inlet (13) to the combustion chamber (14).