CS269129B1 - Boiler for gas and oxidant mixture combustion - Google Patents

Description

předmětem vynálezu je kotel ke spalování směsi plynu a okysličovadla, jednak ve volné· prostoru kotle, jednak bezplamenným spalování· na povrchu tělísek aktivní náplně, určený к ohřevu kapaliny· □sou znáay kotle, v nichž se plynná palivová směs, přiváděná rychlostí převyšující rychlost Šíření plamene ve sněsi, vede po zapálení do aktivní náplně, tvořené keramickou hmotou· Vzhlede· к tomu, že větší část uvolněné tepelné energie se v horní části aktivní náplně přenáší na teplosměnné plochy záření·, označují se tyto kotle jako radiační*

Dosud známé radiační kotle mají některé nedostatky· Nejzávažnější z nich je nadměrné tepelné zatížení keramiky jejím přehříváním v důsledku nedokonalého chlazení· Teplota * v žhavém pásmu aktivní náplně dosahuje 1 600 až 1 700 °C, takže keramická tělíaka se spékají, a tím se porušují kanálky mezi nimi, jimiž proudí spalné plyny, vzrůstá odpor proti proudění, což sl vyžaduje zvýšení tlaku ventilátoru a příkonu jeho motoru· Tato okolnost je ještě zhoršena konstrukcí kotle, u níž mezi teplosměnnými plochami (trubkami) vznikají poměrné velké meziprostory, v nichž je nahromaděno příliš mnoho keramických tělísek, jež nemohou vyzařovat teplo na teplosměnné plochy, nýbrž je vyzařují na sousední tělíska, jejichž teplota pak nadměrně vzrůstá, tvoří se žhavá jádra, což vše má nepříznivý vliv na keramickou hmotu, Jež se poměrně brzy poruší· * Plynná palivová směs se u známých radiačních kotlů přivádí rozdělovačem či hořákem, umístěným přímo nad horní hladinou aktivní náplně, takže zapálená směs naráží na keramiku nejen šikmo, ale i osově přímo na její hladinu, což je někdy provázeno nepříjemným hlukem, protože čelo plamene naráží na překážku. Rozdělovač je vystaven přímému žáru ze žhavého jádra, což způsobuje určitou komplikaci konstrukce.

Celková průřezová plocha keramické náplně je и známých kotlů poměrně malá, takže keramika klade značný odpor proti proudění plynů, tj· směs musí být proháněna aktivní náplní poměrně vysokým tlakem, což vyžaduje značný'výkon ventilátoru a příkon jeho motoru.

Konstrukce dosavadních radiačních kotlů nedovoluje regulaci maximálních teplot v aktivní náplni, jež dosahují příliš vysoké hodnoty.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje kotel ke spalování směsi plynu a okysličovadla podle vynálezu.

podstata vynálezu spočívá v tom, že kapalinový prostor je vytvořen částečně jako vnitřní osový kapalinový prostor, kolem něhož je upraven pracovní prostor v podobě mezikruhového prostoru, a částečně Jako vnější kapalinový prostor, obklopující pracovní prostor, a oba kapalinové prostory jsou spolu spojeny jednak vstupním kanálem, umístěným na spodu kotle, a jednak výstupním kanálem v horní části kotle, přičemž rozdělovač palivové směsi leží proti horní ochlazované stěně vnitřního kapalinového prostoru a je opatřen na obvodu soustavou podélných Štěrbin a na čele plnou stěnou.

Takto vytvořený kotel má četné výhody. Aktivní náplň Je rovnoměrně rozdělena v mezikruhovém pracovním prostoru, takže tělíska náplně nejsou nikde nahromaděna, a tím je vyloučeno místní přehřívání. Oe tedy odstraněno množství neprochlazené keramiky, vyskytující se u známých kotlů, jež vyvolávalo vysokou teplotu náplně. Aktivní náplň je chlazena ze dvou stran, a tím je chlazena mnohem dokonaleji než и známých kotlů. Nemůže vzniknout žhavé Jádro, které vede ke spékánl náplně, takže tato největší obtíž, vznikající и známých kotlů, je odstraněna.

šířka mezikruhového pracovního prostoru určuje maximální teplotu, již dosahuje aktivní náplň. Záleží totiž na tom, kolik keramických tělísek se vejde v radiálním ' směru na Šířku pracovního prostoru. Pokud je pro určitý výkon kotle tento počet malý, nedosáhne se potřebné teploty, protože keramika je z obou stran příliš ochlazována, pokud Je naopak počet tělísek příliš velký, vzroste teplota nadměrně, protože chlazení již nestačí a nadto tělíska, ležící mezi ostatními tělísky, nemohou vyzařovat teplo na teplosměnné plochy, nýbrž vyzařují je na sousední tělíska, a tím celková teplota vzrůstá.

CS 269129 01

U kotle podle vynálezu lze tedy vhodnou volbou šířky pracovního prostoru, tj· počte* tělísek v radiální· směru, dosáhnout optimální teploty pro dané parametry, tj· výkon kotle, jakost keramiky, jakou maximální teplotu snese trvale bez porušení apod·

U kotle podle vynálezu je výhodné, že aktivní náplň je rozložena na poměrně značné průřezové ploše mezikruhového pracovního prostoru, což umožňuje použití daleko nižšího tlaku ventilátoru, a tím 1 ventilátoru o poměrně malém výkonu a příkonu jeho motor·· К tomu přispívá i skutečnost, že v důsledku nižších maximálních teplot nedochází ke spékání keramických tělísek, takže kanálky mezi nimi zůstávají neporušené a ani po dlouhém provozu kotle nevzrůstá odpor proti prouděni plynů, což je jedna z vážných závad dosavadních kotlů·

Obavy, Že nižší teplota v Žhavém pásmu keramiky bude mít nepříznivý vliv na využiti tepla obsaženého v palivové směsi, se ukázaly neopodstatněné a v praxi bylo zjištěno, že palivo se využije stejně dokonale jako u dosavadních kotlů, ba dokonce při určitých úpravách kotle lze dosáhnout ještě vyšší úč^pnosti, aniž je třeba zvětšit výšku kotle·

Vě srovnání se známými kotly srovnatelného výkonu se u kotle podle vynálezu sníží množství potřebné keramiky v důsledku lepšího využití prostoru· oproti známým kotlům je v kotli podle vynálezu větší obsah vody, takže při výpadku elektrického proudu stačí toto množství vody absorbovat takové množství tepla, Že nedojde к vaření kapaliny· Proto není nutno instalovat zvláštní bezpečnostní nádrž, z níž se při výpadku proudu samočinně počne přivádět do kotle kapalina, aby jej ochlazovala·

Další výhodou vynálezu je úprava a uspořádání štěrbinového hořáku či rozdělovače, který rozděluje zapálenou směs po celém obvodu mezikruhového pracovního prostoru· Po zapálení narůstá objem směsi velmi značně, je proto výhodné, že keramika je v mezikruhovém prostoru rozmístěna na poměrně velkém poloměru, takže expandující směs má možnost prostorového rozpínání na celém obvodu· Další výhodou je uložení rozdělovače proti horní ochlazované stěně vnitřního kapalinového prostoru, takže leží ve stínu chlazené vestavby a není vystaven přímému žáru rozžhavené keramiky, jak tomu je и dosavadních kotlů. Tím se zjednoduší jeho uložení^ rovněž se zvýší jeho trvanlivost.

Příklad kotle podle vynálezu je znázorněn na výkresech, kde obr· 1 je schematický svislý řez kotlem a obr· 2 řez podle A - A, resp. В - В z obr. 1.

V kotli je upraven vnitřní kapalinový prostor 2/ omezený vnitřní stěnou 2, v podstatě válcového tvaru, kolem něhož je uspořádán mezikruhový pracovní prostor 3, omezený na vnitřní straně vnitřní stěnou 2 a na vnější straně střední stěnou 4. V pracovním prostoru 3 je uložena aktivní náplň 5, tvořená alespoň částečně keramickými tělísky, výhodně kuličkami, válečky apod· pracovní prostor 3 je obejmut vnějším kapalinovým prostorem 6, omezený vnější stěnou 7, jež je obklopena neznázorněným izolačním pláštěm.

Kapalina se přivádí na spodu kotle přívodní trubkou 19 a vstupním kanálem'8, jenž vede jak do vnějšího kapalinového prostoru, tak do vnitřního kapalinového prostoru 1, jež jsou tímto kanálem 8 vzájemně spojeny. Na horním konci kotle vyúsEuje z vnitřního kapalinového prostoru 2 kanál 9 do vnějšího kapalinového prostoru 6, odtud odtéká kapalina výstupní trubkou 10. Účelně se výstup z kanálu 8 do obou kapalinových prostorů 1 a 6 upraví bočně či tangenciálně směřujícími výstupními otvory 21/ jak je znázorněno na obr. 2, čímž se kapalině v obou prostorách 1 a 6 udělí rotační pohyb. Vstupní kanál 8, resp. jeho výstupní otvory 21/ ^a výstupní kanál 9 jsou dimenzovány tak, aby na výstupu jak z vnitřního kapalinového prostoru 1/ tak z vnějšího kapalinového prostoru б byly teploty kapaliny přibližně stejné.

Palivová směs se přivádí shora nenaznačeným potrubím a vstupuje do rozdělovače 12. Ve znázorněném příkladu je rozdělovač vytvořen jako válcové těleso, zasahující dovnitř kotle a opatřené v bočním plášti soustavou podélných Štěrbin 13· Čelní plocha 14 rozdělovače 12 Je plná· Oak Je zřejmé z obr. 1, leží rozdělovač 12 proti horní ochlazované stě

CŠ 269129 B1 ně 15 vnitřního kapalinového prostoru 1, takže je zdola chráněn proti přímému žáru. Výroba štěrbinového rozdělovače 12 s malým počtem štěrbin 13 Je jednodušší než výroba dosud používaných rozdělovačů s velkým počtem otvorů·

Na spodním konci Je pracovní prostor 3 uzavřen roštem 16, na nějž je napojen výstup 17 spalin·

Na obr· 2 jsou vstupní kanál 8 a výstupní kanál 9 znázorněny v úhlově natočených polohách, ale Je zřejmé, že mohou být v téže svislé rovině nebo Jinak vůči sobě natočeny· Rovněž tak Je zřejmé, že průřez kotle nemusí být kruhový, nýbrž lze použít Jakéhokoli jiného tvaru·

Zkouškami se prokázalo, že kotel podle vynálezu má vyšší účinnost než srovnatelné známé kotle, což lze přičíst celkově účelnější konstrukci· Rovněž potřebný příkon elektrického proudu Je nižší, protože se vystačí s méně výkonným ventilátorem. Rovněž Je důležité, Že oproti známým kotlům má kotel podle vynálezu nižší hmotnost a rovněž se podstatně sníží pracnost Jeho výroby·

Kotel Je opatřen obvyklými regulačními, bezpečnostními a signa1izačními orgány a připojí se běžným způsobem к rozvodu plynu, vody а к topnému systému nebo jinému spotřebiči·

Kotel podle vynálezu pracuje takto:

Palivová směs vstupuje do rozdělovače 12, jehož štěrbinami 13 Je rovnoměrně rozdělována po celém obvodu kotle· V mezeře 18 mezi rozdělovačem 12 a aktivní náplní 5 Je upraven neznázorněný zapalovací orgán a ionizační čidlo, v mezeře 18 se směs zapálí a je proháněna aktivní náplní 5. V horní části aktivní náplně 5 vznikne žhavé pásmo, ale pro¹ tože aktivní náplň 5 je ochlazována z obou stran a její vrstva Je všude stejnoměrně silná, neyzroate teplota žhavého pásma nad hodnotu,‘danou předem určenou tloušťkou keramické vrstvy, čímž se vyloučí porušení keramiky. Spaliny, postupující aktivní náplní 5 dolů, se rychle ochlazují a unikají výstupem 17.

Kapalina vstupuje současně do obou kapalinových prostoru 1 a 6 vstupním kanálem 8, z něhož vystupuje přibližně tangenciálně výstupními otvory 1.1, takže je uváděna do rotačního pohybu podél stěn 2 a 4 pracovního prostoru 3 a vystupuje kanálem 9 a výstupní trubkou 10·

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1· Kotel ke spalování směsi plynu a okys1ičovadla, přiváděné do kotle přívodním potrubím, zakončeným rozdělovačem. Jednak ve volném prostoru kotle a jednak bezplamenným spalováním na povrchu aktivní náplně, uložené v pracovním prostoru kotle, určený к ohřevu kapaliny, proudící kapalinovým prostorem kotle, Jenž je opatřen vstupním a výstupním kanálem pro kapalinu, vyznačující se tím, že kapalinový prostor je vytvořen částečně jako vnitřní osový kapalinový prostor (1), kolem něhož je upraven pracovní prostor v podobě mezikruhového prostoru (3), a částečně jako vnější kapalinový prostor (6), obklopující pracovní prostor (3), a oba kapalinové prostory (1, 6) jsou spolu spojeny Jednak vstupním kanálem (8), umístěným na spodu kotle, jednak výstupním kanále· (9) v horní části kotle, přičemž rozdělovač (12) palivové směsi leží proti horní ochlazované stěně (15) vnitřního kapalinového prostoru (1) a je opatřen na obvodu soustavou podélných štěrbin (13) a na čele plnou stěnou (14).
2. 2. Kotel podle bodu 1, vyznačující se tím, že vstupní kanál (8) je tvořen trubkou společnou oběma kapalinovým prostorům (1, 6), opatřenou bočně směřujícími výstupními otvory (11)·