CS264649B1

CS264649B1 - High-performance furnace for burning wood fuels

Info

Publication number: CS264649B1
Application number: CS881722A
Authority: CS
Inventors: Vaclav Ing Csc Sladky; Petr Jirasek
Original assignee: Sladky Vaclav; Petr Jirasek
Priority date: 1988-03-16
Filing date: 1988-03-16
Publication date: 1989-08-14
Also published as: CS172288A1

Abstract

Představné topeniště na spalování dřevních paliv je určeno k výrobě horkých spalin pro připojené teplovzdušné nebo teplovodní výměníky, se kterými tvoří mobilní agregáty. Pozůstává z pláště s vyzdívkou, který v horní části obsahuje palivový zásobník, ve střední části prostor ohniště s kruhovým rozvaděčem primárního vzduchu s regulací, s kruhovým sběračem plynů za keramickým kuželem, který navazuje za oddělovací stěnou na odlučovač úletu a dohořívací komoru s regulovatelným rozvodem sekundárního vzduchu.The representative wood-burning furnace is designed to produce hot flue gases for connected hot air or hot water exchangers, with which it forms mobile units. It consists of a shell with lining, which in the upper part contains a fuel tank, in the middle part a firebox with a circular primary air distributor with regulation, with a circular gas collector behind a ceramic cone, which connects behind the dividing wall to a fly ash separator and an afterburner chamber with a controllable secondary air distribution.

Description

Vynález se týká představného topeniště na spalování dřevních paliv, které se využívá jako zdroj tepelné energie pro napojené teplovzdušné a teplovodní výměníky, se kterými tvoří většinou mobilní agregáty.The present invention relates to an exemplary wood fuel combustion furnace which is used as a source of thermal energy for connected hot-air and hot-water heat exchangers with which they form mostly mobile aggregates.

Dosud známá představná topeniště na spalování dřevních paliv nedosahují uspokojivých provozních vlastností, jejich tepelný výkon značně kolísá, je velmi ovlivňován nerovnoměrností přidávání a odhořívání paliva, kolísající vlhkostí paliva a nedostatečně řízeným množstvím přiváděného vzduchu k palivu. Vývoj samotných spalin a spalných plynů je nerovnoměrný. Spolu se spalinami plynnými pronikají do následných výměníků i částice popela, nedostatečně prohořelého paliva i zcela nedotčené palivo a to v důsledku komínového tahu a absencí vhodných zábran. Následné výměníky se tak poměrně rychle zanášejí a klesá jejich účinnost.The prior art wood-burning furnaces of the prior art do not achieve satisfactory operating characteristics, their heat output varies considerably, and is greatly influenced by the unevenness of fuel addition and combustion, fluctuating fuel humidity and insufficiently controlled air supply to the fuel. The evolution of flue gases and combustion gases themselves is uneven. Along with the flue gases, ash particles, insufficiently burnt fuel and completely intact fuel penetrate the subsequent exchangers due to the chimney draft and the absence of suitable barriers. Subsequent exchangers thus clog relatively quickly and their efficiency decreases.

K tomu přispívají i při nedokonalém spalování vznikající kapalné, zejména dehtové frakce a odpařená voda, které se v následných výměnících sráží, usazují a někdy mění při vyšší teplotě ve výměníku na pevný karbon. V důsledku sesýpání drobnějšího paliva a komínovým tahem se pevnými částicemi popele a paliva zanášejí i funkční části samotných topeništ, například výstupní potrubí, nebot zařízení pracuje bez clon nebo se clonami s nedostatečnou funkcí. V důsledku nedostatečně vyřešeného přívodu vzduchu a jeho regulace značně kolísají spalné teploty v ohništích, což má za následek tvorbu obtížně odstranitelné škváry, vznikající slinutím popele za vyšších teplot. Některá zařízení musí pro zajištění funkce používat vysoce legované materiály, katalyzátorové trysky, což podstatně zvyšuje pořizovací náklady zařízení i provozní náklady. Některé spalovací trysky je třeba přídavně chladit, což snižuje účinnost zařízení. Možnost průletu hojících částic až za napojený výměník vyžaduje zvláštní ochranná zařízení, zejména na požárně nebezpečných místech. Některá zařízení není možno při poruše snadno opravovat, nelze například vyměňovat opotřebené rošty, aniž by se celé zařízení prakticky nerozebralo.This is due to the incomplete combustion of the resulting liquid fractions, in particular tar fractions and evaporated water, which precipitate, settle in the subsequent exchangers and sometimes change into solid carbon at a higher temperature in the exchanger. Due to the debris of smaller fuel and chimney draft with solid ash and fuel particles, the functional parts of the furnace itself, for example the outlet pipe, are clogged, as the device operates without or with insufficient function orifices. As a result of insufficiently solved air supply and its regulation, the combustion temperatures in the furnace fluctuate considerably, resulting in the formation of hardly removable slags resulting from the sintering of the ash at higher temperatures. Some devices need to use high-alloy materials, catalyst nozzles to ensure operation, which significantly increases the cost of equipment and operating costs. Some combustion nozzles need additional cooling, which reduces the efficiency of the device. The possibility of passing the healing particles beyond the connected exchanger requires special protective equipment, especially in fire-hazard areas. Some equipment cannot be easily repaired in the event of a failure, for example, it is not possible to replace worn grates without practically disassembling the entire equipment.

Výše uvedené nedostatky a nevýhody do značné míry odstraňuje představné topeniště pro spalování dřevních paliv podle vynálezu, které je tvořeno vnějším pláštěm s vnitřní tepelnou izolací a keramickou vyzdívkou, prostorem ohniště s keramickým kuželem, kruhovým rozvaděčem primárního vzduchu s tryskami a regulačním uzávěrem,' kruhovým sběračem směsi * spalin a spalných plynů, oddělovací stěnou nad roštem, odlučovačem úletu, úchytem dohořívaci komory s dphořívací komorou s kruhovým rozvaděčem sekundárního vzduchu s tryskami a regulačními uzávěry vstupu vzduchu do ohniště, popelníku a kruhového rozvaděče sekundárního vzduchu. Horní část pláště tvoři palivový zásobník s uzávěrem.The above-mentioned drawbacks and drawbacks are largely eliminated by the present wood fuel combustion furnace according to the invention, which consists of an outer jacket with internal thermal insulation and ceramic lining, a fireplace cone with a ceramic cone, a circular primary air distributor with nozzles and a regulating cap. flue gas mixtures *, separating wall above the grate, drift separator, afterburner chamber with double firing chamber with circular secondary air distributor with nozzles and air inlet closures to the fireplace, ashtray and circular secondary air distributor. The upper part of the housing consists of a fuel container with a cap.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že vnější plášt svislého, válcového tvaru s vnitřní vyzdívkou obsahuje ve střední části prostor ohniště ohraničený keramickým kuželem s kruhovým rozvaděčem primárního vzduchu s tryskami a regulačním uzávěrem, kruhovým sběračem směsi vyvíjejících se spalin a spalných plynů, oddělovači stěnou ohniště a roštem. Kruhový sběrač plynů navazuje za oddělovací stěnou na odlučovač úletu ze spalin, který přechází v úchyt dohořívaci komory a dohořívaci komoru s kruhovým rozvaděčem sekundárního vzduchu s tryskami a regulačním uzávěrem. Prostor ohniště je přístupný z venku regulačním uzávěrem, popelník je přístupný taktéž regulačním uzávěrem, prostor odlučovače úletu uzávěrem bez regulačního zařízení. Nad prostorem ohniště je palivový zásobník s uzávěrem.SUMMARY OF THE INVENTION The outer casing of a vertical, cylindrical shape with an internal lining comprises, in the central part, a hearth space enclosed by a ceramic cone with a circular primary air distributor with nozzles and regulating cap, a circular collector of evolving flue gases. grate. The circular gas collector is connected to the flue gas separator behind the separating wall, which passes into the post-combustion chamber grip and the post-combustion chamber with a circular secondary air distributor with nozzles and a regulating cap. The fireplace space is accessible from outside by a regulating closure, the ashtray is also accessible by a regulating closure, the space of the drift separator by a closure without a regulating device. Above the fireplace is a fuel tank with a cap.

Představné topeniště spaluje dřevní paliva jako je dřevní štěpka, kůra, odřezky, piliny, hobliny, polena i polínka, případně i směs těchto paliv s netříděným uhlím a uhelným prachem.The typical furnace burns wood fuels such as wood chips, bark, shavings, sawdust, shavings, logs and logs, or even a mixture of these fuels with unsorted coal and coal dust.

Konstrukce a systém představného topeniště podle vynálezu zajištuje dvoustupňové spalování dřevních paliv s využitím současného částečného zplyňování po rozhoření paliva bez tvorby dýmu a to až do vlhkosti paliva 50 %. Omezuje podstatně úlet popelovin i částic paliva mimo topeniště a umožňuje dokonalé čistění všech částí a jejich výměnu. Nepožaduje použití nedostatkových, legovaných materiálů. Představné topeniště může být napojeno na většinu vzduchových i vodních teplosměnných výměníků s vyloučením nebezpečí jejich obvyklého zanášení a znečistování teplosměnných ploch. Představným topeništěm tak mohou být nahrazeny stávající hořáky na ropná paliva, plyn a lze je představit i před zařízení určená na spálová3 ní uhlí nebo koksu. Provozní náklady, zejména náklady na palivo se podstatně snižují.The construction and system of an exemplary furnace according to the invention provides for a two-stage combustion of wood fuels using simultaneous partial gasification after ignition of the fuel without the formation of smoke, up to a fuel humidity of 50%. It significantly reduces ash and fuel particles from outside the furnace and allows perfect cleaning and replacement of all parts. It does not require the use of scarce, alloyed materials. The typical furnace can be connected to most air and water heat exchangers, eliminating the risk of their usual clogging and soiling of the heat transfer surfaces. Existing oil and gas burners can thus be replaced by a conventional furnace and can be introduced in front of coal or coke burners. Operating costs, especially fuel costs, are significantly reduced.

Na přiloženém výkresu je znázorněn příklad provedení představného topeniště na spalování dřevních paliv podle vynálezu. Obrázek představuje vertikální řez celým zařízením, v jehož horní části je palivový zásobník, s uzávěrem, ve střední části prostor ohniště, ve spodní části popelník, odlučovač úletu a dohořívací komora.The accompanying drawing shows an exemplary embodiment of a representative wood-burning furnace according to the invention. The figure shows a vertical section of the whole device, the upper part of which is a fuel tank, with a cap, in the middle part of the fireplace space, in the lower part an ashtray, a trash separator and a post-combustion chamber.

Jak vyplývá z obrázku je představné topeniště na spalování dřevních paliv tvořeno vnějším kovovým pláštěm 2 svislého válcovitého tvaru, vyloženým vnitřní tepelnou izolací a keramickou vyzdívkou 2_, prostorem ohniště 2 ve střední části, s keramickým kuželem 4, kruhovým rozvaděčem 2 primárního vzduchu s tryskami 6_, vnějším regulačním uzávěrem 2 primárního vzduchu, regulačním uzávěrem 2 ohniště 2' roštem 2, oddělovací stěnou 10, kruhovým sběračem 11 směsi spalin a spalných plynů, který za oddělovací stěnou 10 navazuje na odlučovač 12 úletu. Ve stěně pláště 2 je za odlučovačem úletu 12 připevněn úchyt 22., ke kterému je uchycena dohořívací komora 14 s kruhovým rozvaděčem 15 sekundárního vzduchu s tryskami 16 a regulačním uzávěrem 17 sekundárního vzduchu. Pod roštem 9 se nachází popelník 18 s regulačním uzávěrem 22· Odlučovač úletu 12 je uzavřen uzávěrem 20. Nad prostorem topeniště 2 je palivový zásobník 21 s uzávěrem 22.As can be seen from the figure, a representative wood-burning furnace consists of an outer metal casing 2 of vertical cylindrical shape, lined with internal thermal insulation and ceramic lining 2, a hearth space 2 in the central part with a ceramic cone 4, circular primary air distributor 2 with nozzles 6. by an external primary air regulating closure 2, by a hearth regulating closure 2 'by a grate 2, a separating wall 10, an annular collector 11 of a mixture of flue gases and combustion gases, which follows a separating wall 12 after the separating wall 10. In the wall of the casing 2, a catch 22 is attached downstream of the debris separator 12, to which a post-combustion chamber 14 with a circular secondary air distributor 15 with nozzles 16 and a secondary air regulating closure 17 is attached. Below the grate 9 there is an ashtray 18 with a regulating closure 22. The drift separator 12 is closed by a closure 20. Above the furnace space 2 is a fuel container 21 with a closure 22.

Funkce představného topeniště je následující:The function of the representative firebox is as follows:

Po otevření uzávěru 22 palivového zásobníku 21 a regulačního uzávěru ohniště 2 ^a regulačního uzávěru 19 popelníku 18 se prostor ohniště 2 ^a spodní část palivového zásobníku 21 naplní suchým, kouskovým dřívím a otevřeným otvorem regulačního uzávěru 2 se palivo zapálí. Komínový tah, nebo tah ventilátoru spalin za tepelným výměníkem, který je napojen za představné topeniště, významně podporuje rozhoření paliva v prostoru ohniště 2· Při roztápění topeniště jsou pootevřeny regulační uzávěry primárního vzduchu a to regulační uzávěr 2 ohniště 3, regulační uzávěr 19 popelníku 18 a regulační uzávěr 2 kruhového rozvaděče primárního vzduchu. Regulační uzávěr 17 rozvaděče sekundárního vzduchu na šikmé dohořívací komoře 14 je v průběhu roztápění topeniště uzavřen. Po rozhoření paliva a vytvořeni žhnoucího dřevního uhlí z paliva v prostoru ohniště 2 se regulační uzávěr 2 ^a regulační uzávěr 22 přivírají a ponechává se přiotevřený pouze vnější regulační uzávěr 2 kruhového rozváděče 5 primárního vzduchu, jehož tryskami 2 proudí do prostoru ohniště 2 vnější, primární vzduch.After opening the fuel container cap 22 and the hearth control cap 2 ^{and the} ash pan control cap 19, the fireplace compartment 2 ^{and the} lower portion of the fuel container 21 are filled with dry, lump wood and the fuel is opened through the open hole of the fuel cap. The chimney draft, or the draft of the flue gas fan behind the heat exchanger, which is connected to the typical furnace, significantly promotes the combustion of fuel in the hearth space 2 · When the furnace is fired, the primary air regulating shutters 2, 3 regulating cap 2 of the primary air distributor. The control valve 17 of the secondary air distributor on the inclined post-combustion chamber 14 is closed during the heating of the furnace. After ignition of the fuel and formation of glowing charcoal from the fuel in the fireplace space 2, the regulating closure 2 ^{and the} regulating closure 22 are closed and only the outer regulating closure 2 of the primary air distributor 5 is left open. .

Po rozhoření paliva a ukončení vzniku kouře se uzávěrem 22 přidá do palivového zásobníku 21 další palivo. Postupně se otevírá regulační uzávěr 17 na kruhovém rozvaděči 15 sekundárního vzduchu na šikmé dohořívací komoře 14. Tryskami 22 proudí do dohořívací komory 14 vnější, sekundární vzduch, který zabezpečuje dokonalé dohoření spalných plynů, přiváděných z prostoru ohniště 2 kruhovým sběračem 11 plynů přes odlučovač 12 úletu a otvor úchytu 13.After the fuel has ignited and the smoke has ceased, additional fuel is added to the fuel reservoir 21 through the cap 22. Gradually, the control closure 17 on the secondary air ring 15 on the inclined afterburning chamber 14 opens. Outside, secondary air flows through the nozzles 22 into the afterburning chamber 14, which ensures complete combustion of the combustion gases supplied from the furnace space 2 through the gas collector 11 and a grip opening 13.

Regulací množství primárního vzduchu regulačním uzávěrem 2 kruhového rozvaděče primárního vzduchu 2 ^se řídí proces hoření a zplynování paliva v prostoru ohniště 2 ^a částečně i nad ním ve spodní části palivového zásobníku 22, kde dochází i dosoušení paliva. Reguluje se tak intenzita hoření a zplynování i samotná teplota v prostoru ohniště 2 tak, aby při dosaženi potřebného výkonu nestoupala teplota v prostoru ohniště 2 nad mez, při které slinutí popelovin vzniká škvára. Regulací množství sekundárního vzduchu regulačním uzávěrem 22 kruhového rozvaděče 17 se v dohořívací komoře 14 ovládá proces dohoření spalných plynů a teplota konečných spalin tak, aby byla pro následné výměníky optimální, aby nedocházelo k poškozování teplosměnných ploch.By controlling the amount of primary air by the regulating closure 2 of the circular primary air distributor 2 ^, the combustion and gasification process of the fuel in the furnace space 2 ^and partly also above it in the lower part of the fuel container 22 ^is controlled, where the fuel is dried. This regulates the intensity of combustion and gasification as well as the temperature itself in the furnace 2 so that when the required output is reached, the temperature in the furnace 2 does not rise above the limit at which the sintering of the ash forms a slag. By regulating the amount of secondary air by the regulating closure 22 of the circular distributor 17, the combustion chamber 14 and the temperature of the final flue gas are controlled in the post-combustion chamber 14 so as to be optimal for the subsequent exchangers so as not to damage the heat transfer surfaces.

Po dokonalém rozhoření paliva v prostoru ohniště 2 ^{se v} závislosti na jeho spalování palivo po otevření uzávěru 22 dále do palivového zásobníku přidává a to plynule nebo dávkově. Palivo může být již vlhčí než při roztápění. Hořením vzniklé teplo působí i na palivo v palivovém zásobníku 22, spodní vrstvy zúhelnatují při současném vývinu spalných plynů, vyšší vrstvy ztrácejí vodu odpařováním. Vzniklá vodní pára je komínovým tahem odsávána přes žhnoucí hmotu dřevního uhlí v prostoru ohniště 2 ^a částečně se rozkládá. Vzniklý kyslík a vodík se ve směsi spalin a spalných plynů dostávají do kruhového sběrače 11 směsných plynů a zúčastňují se procesu hoření, který je dokončen v dohořívací komoře 24. Přes žhavé dřevné uhlí tvořící žhnoucí jádro v prostoru ohniště 2 musí přecházet všechny plyné a kapalné frakce tepelného rozkladu dřeva, které se tímto přechodem dále rozkládají a tvoři podstatnou složku spalných plynů, které hoří v kruhovém sběrači 11, odlučovači úletu 12 a dohořívají v šikmé dohořívací komoře 24. Postupné spalování paliva a vzniklých spalných plynů je výhodnější z hlediska účinnosti zařízení, vyššího využití tepelného obsahu paliva, nižšího úletu popelovin, nižší teploty v prostoru ohniště 2 ^a nepatrné tvorby kouře. Systém šetří následná teplosměnná zařízení. Popel vznikající odhořením paliva v prostoru ohniště 2 při nižších teplotách se nemění v pevnou škváru a volně propadá roštem 2 do popelníku. Proto nemusí být rošt £ ani pohyblivý. Roštem 2 proniká primární vzduch vzhůru jen při roztápění, takže při normálním provozu, kdy je regulační uzávěr 19 popelníku 18 uzavřen, nedochází vůbec k vertikálnímu pohybu popele směrem vzhůru. Popel je periodicky z popelníku 18 odstraňován po otevřeni uzávěru 22· Olet zachycený v odlučovači úletu 12 se vybírá periodicky po otevření uzávěru 20. Velmi jemný úlet, který se přesto dostane až do šikmé dohořívací komory 14 se v důsledku jejího náklonu a komínového tahu dostává až do vstupního prostoru navazující ho výměníku a je odstraňován v rámci čistění tohoto výměníku.After the fuel ^has completely burned out in the furnace space 2 ^, depending on its combustion, fuel is added to the fuel reservoir continuously or batchwise after the closure 22 is opened. The fuel may be wetter than when it is being heated. The heat generated by the combustion also affects the fuel in the fuel reservoir 22, the bottom layers become carbonized while the combustion gases evolve, the higher layers lose water by evaporation. The resulting water vapor is exhausted by the chimney draft through the glowing mass of charcoal in the space of the fireplace 2 ^and partially decomposes. The resulting oxygen and hydrogen in the flue gas mixture pass into the ring gas collector 11 and participate in the combustion process, which is completed in the afterburning chamber 24. All gaseous and liquid fractions must pass through the glowing charcoal forming the glowing core in the hearth space. thermal decomposition of wood, which are further decomposed by this transition and form a substantial component of combustion gases, which burn in the circular collector 11, the dust separator 12 and burn in the inclined afterburning chamber 24. Gradual combustion of fuel and resulting combustion gases is more advantageous utilization of the fuel content of the fuel, lower ash flow, lower temperature in the fireplace area 2 ^and slight smoke generation. The system saves subsequent heat exchange devices. The ash produced by the combustion of fuel in the furnace space 2 at lower temperatures does not turn into a solid slag and falls freely through the grate 2 into the ashtray. Therefore, the grate need not be movable. The primary air only penetrates through the grate 2 when it is being heated, so that in normal operation when the ashtray closure closure 19 is closed there is no vertical upward movement of the ash. Ash is removed periodically from the ashtray 18 after opening of the closure 22. The fly trapped in the debris separator 12 is removed periodically after opening the closure 20. A very fine drift, which nevertheless reaches the inclined afterburning chamber 14, reaches up to into the entrance area of the exchanger and is removed as part of the exchanger cleaning.

Předností představného topeniště podle vynálezu je dokonalá regulace procesu zplynování a hoření dřevních paliv v prostoru ohniště 3, kruhovém sběrači 21, odlučovači 12 a šikmé dohořívací komoře 14 s dokonalým jímáním pevných splodin hoření v popelníku 18 a odlučovači úletu 12 a řízení teplot v prostoru ohniště 2 ^a dohořívací komoře 14.The advantage of the present furnace according to the invention is the perfect regulation of the process of gasification and combustion of wood fuels in the fireplace 3, circular collector 21, separator 12 and inclined afterburning chamber 14 with perfect collection of solid combustion products in ashtray 18 and ^{and the} afterburning chamber 14.

Ke kontrole a regulaci teplot slouží na obrázku neznázorněné a v popisu neuvedené teploměry, zavedené do prostoru ohniště 2 ^a čo dohořívací komory 14.Thermometers, not shown in the figure, not shown in the description, are used to control and control the temperatures introduced into the furnace space 2 ^{and the} afterburning chamber 14.

Claims

An exemplary wood-fuel combustion furnace comprising an outer jacket with an inner lining, a fireplace chamber with a ceramic cone, a grate and an ashtray, a combustion chamber, air distribution and a fuel tank, characterized in that the outer jacket (1) with an inner thermally insulating lining (2). ) comprises, in the central part, a fireplace space (3), the periphery of which is a ceramic cone (4) with a primary air distributor (5) fitted with at least two nozzles (6) and an external primary air control valve (7); the fireplace space (3) is closed up to the grate (9) by a separating wall (10), to which a circular collector (11) of the mixture of flue gases and combustion gases passes behind it from both its sides a separator (12) of the drift, connected to the opening of the grip (13) with the inclined afterburning chamber (14) attached o including a secondary secondary air distributor (15) with nozzles (16) and a secondary air control valve (17).

A firewood combustion chamber as claimed in claim 1, characterized in that an ashtray (18) with a regulating closure (19) is provided underneath the grate (9), the drift separator (12) having a closure (20) and a fuel container (21). ) is provided with a closure (22).

3. A firewood as claimed in claim 1, characterized in that thermometers and regulating closures (7, 17) are provided for controlling and controlling the temperature in the furnace (3) and in the inclined post-combustion chamber (14).