CS269129B1

CS269129B1 - Boiler for gas and oxidant mixture combustion

Info

Publication number: CS269129B1
Application number: CS88590A
Authority: CS
Inventors: Vladimir Cafourek; Jiri Cech; Viktor Dipl Tech Paulas
Original assignee: Vladimir Cafourek; Jiri Cech; Viktor Dipl Tech Paulas
Priority date: 1988-02-01
Filing date: 1988-02-01
Publication date: 1990-04-11
Also published as: CS59088A1; RU1820148C; DD288304A7

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*The invention relates to a boiler for the combustion of a mixture of gas and oxidant, both in the free space of the boiler and on the other hand by flameless combustion on the surface of the active charge bodies intended for liquid heating. flame in snow, leads after ignition to the active charge of ceramic mass · Because the greater part of the released heat energy is transferred to the heat exchange surfaces of radiation in the upper part of the active charge, these boilers are called radiation *

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.Previously known radiation boilers have some drawbacks · The most serious of them is excessive heat load of the ceramic by its overheating due to imperfect cooling · Temperature * in the hot zone of the active charge reaches 1,600 to 1,700 ° C, so the ceramic bodies are sintering and the channels between them, the flow of combustion gases increases the resistance to flow, which requires increasing the pressure of the fan and the power input of its engine. This circumstance is exacerbated by the design of the boiler, which creates relatively large interstices between heat exchange surfaces (tubes). many ceramic bodies that cannot radiate heat to the heat exchange surfaces, but radiate them to adjacent bodies, whose temperature then rises excessively, form glowing cores, all of which adversely affect the ceramic mass, which will break down quite soon. in known ra In addition, the fired mixture impinges on the ceramic not only obliquely but also axially directly on its surface, which is sometimes accompanied by unpleasant noise, because the flame front strikes an obstacle. The manifold is exposed to direct heat from the hot core, which causes some construction complication.

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.The total cross-sectional area of the ceramic charge is well known in the known boilers, so that the ceramic imparts considerable resistance to gas flow, i.e. the mixture must be forced through the active charge at relatively high pressure, requiring considerable fan power and motor power.

Konstrukce dosavadních radiačních kotlů nedovoluje regulaci maximálních teplot v aktivní náplni, jež dosahují příliš vysoké hodnoty.The design of the existing radiation boilers does not allow the control of maximum temperatures in the active charge which are too high.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje kotel ke spalování směsi plynu a okysličovadla podle vynálezu.The above-mentioned drawbacks are eliminated by the boiler for combustion of the gas-oxidant mixture according to the invention.

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.The principle of the invention consists in that the liquid space is formed partly as an inner axial liquid space, around which the working space is arranged in the form of an annular space, and partly as an outer liquid space surrounding the working space, and the two liquid spaces are connected together located on the bottom of the boiler and on the other side through the outlet channel in the upper part of the boiler, the fuel mixture distributor lies against the upper cooled wall of the inner liquid space and is provided with a longitudinal slot system on its periphery and full wall on the front.

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.The boiler thus created has numerous advantages. Active cartridge It is evenly distributed in the annular workspace, so that the cartridge bodies are not accumulated anywhere, eliminating local overheating. Thus, the amount of uncooled ceramics occurring in the known boilers which caused a high filling temperature was removed. The active charge is cooled from two sides and thus cooled much better than known boilers. There can be no hot core which leads to sintering of the charge, so this greatest difficulty, arising from known boilers, is eliminated.

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.the width of the annular working space determines the maximum temperature reached by the active load. It depends on how many ceramic bodies fit in the radial direction of the width of the working space. If the number is low for a certain boiler output, the required temperature will not be reached because the ceramic is too cooled from both sides, if the number of bodies is too high, the temperature will rise too much because cooling is no longer sufficient. radiate heat to the heat exchange surfaces, but radiate heat to adjacent bodies, thereby increasing the overall temperature.

CS 269129 01CS 269129 02

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·In the case of the boiler according to the invention, the optimum temperature for the given parameters can be reached by suitable selection of the working space width, ie the number of bodies in the radial direction, ie the boiler output, the quality of the ceramic,

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·In the boiler according to the invention, it is advantageous that the active charge is distributed over a relatively large cross-sectional area of the annular working space, which allows the use of a much lower fan pressure and thus 1 fan with relatively low power and motor power. Due to the lower maximum temperatures, the ceramic bodies do not sinter, so that the ducts remain intact between them and, even after long boiler operation, there is no resistance to gas flow, which is one of the serious defects of existing boilers.

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·Concerns that a lower temperature in the Ceramic Hot Zone would adversely affect the use of the heat contained in the fuel mixture proved to be unfounded and in practice it was found that the fuel would be used as perfectly as in previous boilers, and even with some modifications to the boiler higher efficiency without increasing the boiler height

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·Compared to known boilers of comparable capacity, the boiler according to the invention reduces the amount of ceramics required due to better space utilization. Compared to the known boilers, the boiler according to the invention has a higher water content. for cooking liquid · Therefore, it is not necessary to install a separate safety tank from which, in the event of a power failure, the liquid will automatically start to be supplied to the boiler to cool it ·

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.Another advantage of the invention is the arrangement and arrangement of a slotted burner or distributor which divides the ignited mixture over the entire circumference of the annular working space. After ignition, the volume of the mixture increases very considerably, therefore it is advantageous that the ceramics are distributed over a relatively large radius has the possibility of spatial expansion over the entire perimeter. Another advantage is that the manifold is placed against the upper cooled wall of the inner liquid space, so that it lies in the shade of the cooled installation and is not exposed to direct heat of glowing ceramic. This simplifies its bearing and also increases its durability.

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.An example of a boiler according to the invention is shown in the drawings, wherein FIG. 1 is a schematic vertical section of the boiler and FIG. In Fig. 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.In the boiler there is provided an inner liquid space 2 / limited by an inner wall 2, substantially cylindrical in shape, around which an annular working space 3 is arranged, limited on the inner side by an inner wall 2 and on the outside by a central wall 4. the working space 3 is surrounded by an outer liquid space 6, limited by an outer wall 7, which is surrounded by an insulating jacket (not shown).

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.The liquid is supplied at the bottom of the boiler through a supply tube 19 and an inlet channel 8 which extends both to the outer liquid space and to the inner liquid space 1, which are connected to each other by this channel 8. At the upper end of the boiler a channel 9 extends from the inner liquid compartment 2 to the outer liquid compartment 6, from where the liquid flows through the outlet tube 10. Suitably, the outlet of the channel 8 into both liquid compartments 1 and 6 is provided by lateral or tangentially directed outlet openings 21. 2, thereby imparting rotational movement to the liquid in both spaces 1 and 6. Input channel 8 resp. its outlet openings 21 / ^{and the} outlet channel 9 are sized so that at the outlet of both the inner liquid compartment 1 / and the outer liquid compartment 6 the liquid temperatures are approximately equal.

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 stěThe fuel mixture is supplied via a pipeline not indicated above and enters the manifold 12. In the illustrated example, the manifold is formed as a cylindrical body extending into the boiler and provided with a longitudinal slot system 13 in the side jacket. 1, the manifold 12 lies against the top of the cooled wall

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·In this case it is protected from the bottom by direct heat. Manufacturing a slotted manifold 12 with a small number of slots 13 It is easier to manufacture a previously used manifold with a large number of holes.

Na spodním konci Je pracovní prostor 3 uzavřen roštem 16, na nějž je napojen výstup 17 spalin·At the lower end, the working space 3 is closed by a grate 16, to which the flue gas outlet 17 is connected.

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·In FIG. 2, the inlet duct 8 and the outlet duct 9 are shown in angularly angled positions, but it is obvious that they can be rotated in the same vertical plane or otherwise rotated relative to each other. It is also obvious that the boiler cross-section need not be circular but Any other shape ·

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·Tests have shown that the boiler according to the invention has a higher efficiency than comparable known boilers, which can be attributed to a more efficient design. Also the required power consumption is lower, since a less efficient fan is sufficient. It is also important that the boiler according to the invention is lighter in weight compared to the known boilers and the manufacturing effort is also considerably reduced.

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·The boiler is equipped with the usual regulating, safety and signaling bodies and is connected in the usual way to the distribution of gas, water and to the heating system or other appliance.

Kotel podle vynálezu pracuje takto:The boiler according to the invention works as follows:

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.The fuel mixture enters the manifold 12, the slots 13 of which are evenly distributed over the entire circumference of the boiler. In the gap 18 between the manifold 12 and the active charge 5, an ignition element and ionization sensor (not shown) is provided. A hot zone is formed at the top of the active cartridge 5, but for ¹ since the active cartridge 5 is cooled from both sides and its layer is uniformly uniform throughout, the temperature of the hot zone is not exceeded by a predetermined thickness of the ceramic layer. . The flue gas, passing through the active cartridge 5 downwards, rapidly cools and escapes through the outlet 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·The liquid enters both liquid compartments 1 and 6 simultaneously through an inlet duct 8 from which it exits approximately tangentially through the outlet openings 1.1, so that it is rotated along the walls 2 and 4 of the working space 3 and exits through the duct 9 and the outlet tube 10.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

1 · Boiler for combustion of mixture of gas and oxidant, supplied to the boiler through a supply pipe terminated with a distributor. On the one hand in the free space of the boiler and on the other hand by flameless combustion on the surface of the active filling, stored in the working space of the boiler intended for heating of liquid flowing through the liquid space of the boiler. as an inner axial fluid space (1) around which a working space in the form of an annular space (3) is provided, and partly as an external fluid space (6) surrounding the working space (3), and both fluid spaces (1, 6) are connected together by an inlet duct (8) located at the bottom of the boiler and an outlet duct (9) in the upper part of the boiler, the fuel mixture distributor (12) facing the upper cooled wall (15) of the inner liquid space (1) on the circumference by a system of longitudinal slots (13) and on the face by a solid wall (14).

Boiler according to claim 1, characterized in that the inlet duct (8) is formed by a pipe common to the two fluid spaces (1, 6) provided with laterally extending outlets (11).