CZ10256U1 - Spalovací zařízení pro pevné směsné palivo nebo biomasu - Google Patents

Description

Spalovací zařízení pro pevné směsné palivo nebo biomasu

Oblast techniky

Technické řešení se týká spalovacího zařízení pro pevné směsné palivo nebo biomasu, které sestává ze zásobníku pevného paliva obsahujícího biomasu apod ním uspořádaného válcového roštu, ve kterém jsou vytvořeny vzduchové prostory pro selektivní přívod spalovacího vzduchu ke zvoleným oblastem obvodu tohoto válcového roštu, na který navazuje odvod spalin, kde je v proudu spalin uspořádán tepelný výměník sestávající z trubkovnice s horní čelní komorou a spodní čelní komorou, na který navazuje komínový sací ventilátor.

Dosavadní stav techniky

Spalování uhlí za účelem získání tepla je nejznámější a dosud stále nejrozšířenější způsob zajišťování výroby tepla.

Přesto, že technická úroveň spalovacích zařízení již v historii tohoto oboru doznala nespočet změn, je odstraňování nevýhod, kterými se užívání tuhých paliv oproti palivům ušlechtilým vyznačuje, stále předmětem dalšího vývoje roštových ohnišť. Zdokonalování roštových ohnišť je žádoucí zejména u menších kotlů, které se využívají pro široký okruh vytápění od rodinných domků, rekreačních objektů až po malé průmyslové objekty. Zejména v těchto případech se vyžaduje, aby kotle byly provozovány v co nejvyšší míře automatizovaně a ekologicky, to jest aby se minimalizovaly zásahy ze strany uživatelů.

V zásadě se jedná nejen o dobrou konstrukci kotle, ale zejména také o přívod optimálního množství spalovacího vzduchu k právě spalovanému množství uhlí, popřípadě biomasy, například dřevěných štěpků. Při přebytku nebo nedostatku spalovacího vzduchu dochází k nežádoucím stavům s bezprostředním dopadem na snižování životnosti kotle, na jeho účinnost a produkci škodlivých emisí. Je proto nezbytné, aby optimalizace množství spalovacího vzduchu a paliva byla spolehlivá, co možná nejjednodušší, nenákladná a kontinuální.

Ze stavu techniky, například z dokumentu EP 0 035 908 Bl, je znám teplovodní kotel s otočným válcovým roštem, nad kterým je uspořádán zásobník pro pevné palivo, které takto volně padá, popřípadě jehož nejspodnější vrstva trvale přiléhá na obvod tohoto válcového roštu, kteiý sestává z navzájem na sebe bočně přiléhajících a s osou válcového roštu rovnoběžných trubek, v jejichž stěnách jsou vytvořeny výstupní otvory pro vzduch. Tyto výstupní otvory jsou vytvořeny pouze v těch částech obvodů jednotlivých trubek, které jsou odvráceny osy válcového roštu. Spalovací vzduch se do jednotlivých trubek, obvykle současně do několika sousedních trubek, zavádí přívodními manžetami, které odpružené dosedají na otevřená čela těchto trubek.

Nedostatkem popsaného řešení je zejména nákladná konstrukce válcového roštu, nerovnoměrné rozložení přívodu spalovacího vzduchu po délce trubek, které se případně musí kompenzovat velikostí výstupních otvorů v těchto trubkách, přičemž tato kompenzace je vyhovující vždy pouze pro určitý režim provozu kotle, popřípadě druh pevného paliva a podobně. Jiným nedostatkem je zanášení a obtížné čištění těchto výstupních otvorů.

V poněkud mladším dokumentu CZ-5114 Ul je proto navrženo řešení spočívající vtom, že válcový rošt je sestaven z jednotlivých roštnic ve tvaru masivních desek, které jsou hvězdicovitě, či jako paprsky, uspořádány na obvodu zřejmě dutého hřídele. Na radiálně vnějších okrajích jednotlivých roštnic jsou uspořádány rozšířené ložné části, mezi kterými jsou mezery pro průchod spalovacího vzduchu z prostorů mezi jednotlivými roštnicemi, kam je tento spalovací vzduch přiváděn dutým hřídelem.

Popsané řešení má nevýhodu spočívající v absenci kapes, či jiných prostorů, pro přechodné uložení paliva a strusky na obvodu válcového roštu a také nepopsané zařízení pro přívod spalovacího vzduchu do právě požadovaných prostorů mezi jednotlivými roštnicemi bude zřejmě

- 1 CZ 10256 Ul poměrně složité. Jiným pravděpodobným nedostatkem je skutečnost, že jednotlivé vzduchové prostory mezi roštnicemi mají na obvodu válcového roštu pouze jednu výstupní štěrbinu pro vzduch, takže bude také omezeno množství spalovacího vzduchu, které lze přivést k hořícímu palivu.

Konečně, ze zveřejněné přihlášky vynálezu PV 1998-0626 je známo spalovací zařízení, které sestává ze zásobníku pevného paliva apod ním uspořádaného válcového roštu, ve kterém jsou vytvořeny vzduchové prostory pro selektivní přívod spalovacího vzduchu ke zvoleným oblastem obvodu tohoto válcového roštu, který je sestaven z navzájem a s osou válcového roštu rovnoběžně uspořádaných roštových prvků, ve kterých a/nebo mezi kterými jsou vytvořeny ío průchody pro spalovací vzduch, přičemž válcový rošt je dále v oblasti nejméně jedné ze svých čelních stran opatřen v plášti spalovacího zařízení uspořádaným přívodem spalovacího vzduchu do zvolených vzduchových prostorů a/nebo roštových prvků. Roštové prvky jsou tvořeny plnými tělesy podlouhlého tvaru, uspořádanými ve směru obvodu se vzájemnými odstupy v radiálně vnější straně vzduchových prostorů, přičemž na tato plná tělesa navazuje nejméně jeden čelní prstenec válcového roštu, který zakrývá radiálně vnější část čelní strany válcového roštu, v jejíž radiálně vnitřní části jsou vzduchové prostory čelně otevřeny a na čelní stranu válcového roštu zde dosedá vstup vzduchu. Rovněž toto spalovací zařízení, které lze považovat za nejbližší stav techniky, neumožňuje vytvoření specifických podmínek pro spalování biomasy, je-li tato obsažena ve spalovaném pevném palivu.

Společnou nevýhodou všech popsaných řešení je tedy jejich nezpůsobilost ke spalovaní směsného paliva, to jest paliva složeného z frakcí výrazně odlišného charakteru, které se od sebe navzájem liší konzistencí, podílem zplyňujících látek, obsahem strusky či popela, délkou plamene či spotřebou spalovacího vzduchu. Jedná se zejména o směsné palivo složené z hnědého uhlí a biomasy, zejména biomasy tvořené dřevěnými štěpky z různých druhů dřevin.

Úkolem tohoto technického řešení je proto nalezení jednoduché a spolehlivé konstrukce spalovacího zařízení pro biomasu, která umožní efektivní spalování směsného paliva a která nebude trpět zmíněnými nedostatky.

Podstata technického řešení

Uvedený úkol řeší a nedostatky známých spalovacích zařízení tohoto druhu do značné míry odstraňuje spalovací zařízení pro směsné palivo nebo biomasu, které sestává ze zásobníku pevného paliva obsahujícího biomasu apod ním uspořádaného válcového roštu, ve kterém jsou vytvořeny vzduchové prostory pro selektivní přívod spalovacího vzduchu ke zvoleným oblastem obvodu tohoto válcového roštu, na který navazuje odvod spalin, kde je v proudu spalin uspořádán tepelný výměník sestávající z trubkovnice s horní čelní komorou a spodní čelní komorou, na který navazuje komínový sací ventilátor, podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že v odvodu spalin je u obvodu válcového roštu před vstupem spalin do tepelného výměníku uspořádán dopalovací rošt pro biomasu s přívodem terciárního vzduchu.

Toto řešení přináší výhodu spočívající vtom, že biomasa, která se zásluhou své nižší měrné hmotnosti než uhlí a odlišných vlastností při hoření nachází obvykle na povrchu paliva na válcovém roštuje při otáčení válcového roštu stírána či shrnována na dopalovací rošt, kde může dohořívat za podmínek odlišných od podmínek na válcovém roštu, zejména s větším množstvím vzduchu, což je umožněno zmíněným přívodem terciárního vzduchu.

Dále je výhodné, jestliže tepelný výměník je horní klapkou v horní čelní komoře a spodní klapkou ve spodní čelní komoře rozčleněn na tří ve směru proudění spalin za sebou zařazené sekce. Zmíněné klapky, které takto člení tepelný výměník, podle okamžité potřeby, zejména v případě spalování směsného paliva složeného z uhlí a biomasy, umožňují zvětšení spalovací komory, prodloužení dráhy spalin a tím zvýšení účinnosti celého spalovacího zařízení. V případě spalování pouze uhlí mohou být tyto klapky vyřazeny z činnosti a celé spalovací zařízení pak má parametry typické pro spalování uhlí.

-2CZ 10256 Ul

Konečně, spodní klapka může být pro dopálení úletu opatřena průchozími otvory, kterými může být k tomuto úletu, což jsou obvykle dosud neúplně spálené částice biomasy, které již prošly prvními dvěma sekcemi tepelného výměníku, přiváděny spaliny s odlišným obsahem zbylého spalovacího vzduchu, čímž se umožní případné dohoření tohoto úletu na spodní klapce, která takto v určitém smyslu působí rovněž jako dohořívací rošt.

Přehled obrázků na výkrese

Podstata technického řešení je dále objasněna na příkladech jeho provedení, které jsou popsány na základě připojeného výkresu obr. 1, který znázorňuje schematický řez spalovacím zařízením, podle tohoto technického řešení.

ío Příklady provedení technického řešení

Spalovací zařízení, podle tohoto technického řešení sestává ze zásobníku I pro směsné palivo nebo biomasu tvořenou obvykle dřevěnými štěpky, který je opatřen víkem 2 a je uspořádán nad válcovým roštem 6, na který tedy směsné palivo nebo biomasa padá, popřípadě nej spodnější vrstva tohoto směsného paliva nebo biomasa trvale přiléhá působením zemské tíže nebo tlakem vyvíjeným neznázoměným přídavným transportním zařízením pro palivo, například šnekovým dopravníkem nebo turniketem. Válcový rošt 6 se pomocí neznázorněného pohonu ve směru šipky krokově otáčí v plášti Π. spalovacího zařízení a směsné palivo nebo biomasa vyhořívá v horní oblasti válcového roštu 6 a zbylý popel či škvára padá při otáčení válcového roštu 6 do neznázorněného popelníku. Neznázoměné spaliny pak procházejí tepelným výměníkem 4, který sestává z trubkovnice 41 s horní čelní komorou 42 a spodní čelní komorou 43, kde odevzdají teplo, ke komínovému sacímu ventilátoru 5 a dále do neznázorněného komína.

V odvodu 3 spalin od válcového roštu 6 je u obvodu tohoto válcového roštu 6 nehybně, avšak popřípadě přestavitelně uspořádán dopalovací rošt 7, na který se při otáčení válcového roštu 6 shrnuje biomasa, která se zásluhou své nižší měrné hmotnosti než uhlí a odlišných vlastností při spalování nachází převážně na povrchu pevného směsného paliva, nacházejícího se na obvodu válcového roštu 6. Tato biomasa pak může vyhořívat za specifických podmínek, zejména s větším množstvím spalovacího vzduchu, který je zde zaváděn přívodem 8 terciárního vzduchu.

Spaliny o teplotě kolem 900 °C pak ve směru šipek procházejí kolem stěny tepelného výměníku 4 do jeho spodní čelní komory 43. V případě spalování pouze uhlí, kdy jsou vyřazeny z činnosti klapky 10 a 9 ve spodní čelní komoře 43 a v horní čelní komoře 42, to jest spodní klapka 10 se nachází ve své čárkovaně naznačené spodní poloze a horní klapka 9 je z horní čelní komory 42 vysunuta, pak tyto spaliny procházejí souběžně všemi sekcemi I, Π, ΙΠ tepelného výměníku 4 ke komínovému sacímu ventilátoru 5 a odtud do neznázorněného komína.

V případě spalování směsného paliva nebo biomasy, kdy dochází k dohořívání této biomasy na dopalovacím roštu 7 a spaliny mají odlišné termodynamické vlastnosti, jsou zmíněné klapky 9 a 10 v činnosti, to jest horní klapka 9 je zasunuta do horní čelní komory 42 a spodní klapka 10 se nachází v poloze vyznačené plnými čarami, je tepelný výměník 4 těmito klapkami 9 a 10 rozčleněn ve tři souběžně a v dráze proudění spalin za sebou uspořádané sekce I, II a ΙΠ. Spaliny přicházející do spodní čelní komory 43, kde tyto mají teplotu kolem 700 °C, jsou pak první sekcí

I tepelného výměníku 4, jejíž vstupní průřez je vymezen spodní klapkou K) v její pracovní poloze, vedeny směrem nahoru do části horní čelní komory 42 před zasunutou horní klapkou 9, odkud procházejí druhou sekcí II směrem dolů do části spodní čelní komory 43 uzavřené spodní klapkou 10 v její pracovní poloze, kde mají tyto spaliny teplotu kolem 200 °C, a odkud pak teprve odcházejí třetí sekcí III ke komínovému sacímu ventilátoru 5, kde mají teplotu kolem

140 °C. Takto se dosáhne zvýšení účinnosti tepelného výměníku 4.

Zejména ve spodní čelní komoře 43 přitom dochází zásluhou cyklonového jevu k odlučování úletu ze spalin. Jedná se o popílek, který ještě může obsahovat neúplně spálené částice paliva,

-3 CZ 10256 Ul zejména biomasy. Aby se usnadnilo jejich vyhoření, jsou ve spodní klapce 10 vytvořeny průchozí otvory 101. kterými může mezi částmi takto rozčleněné spodní čelní komory 43 procházet část spalin. Takto lze zejména do prostoru nad spodní klapkou 10 přivést spaliny s jiným obsahem spalovacího vzduchu, než mají spaliny nacházející se aktuálně v tomto prostoru, čímž se usnadní dohoření úletu v tomto prostoru.

Claims (3)

1. Spalovací zařízení pro pevné směsné palivo nebo biomasu, které sestává ze zásobníku (1) pevného paliva obsahujícího biomasu a pod ním uspořádaného válcového roštu (6), ve kterém jsou vytvořeny vzduchové prostory pro selektivní přívod spalovacího vzduchu ke zvoleným ío oblastem obvodu tohoto válcového roštu, na který navazuje odvod (3) spalin, kde je v proudu spalin uspořádán tepelný výměník (4) sestávající z trubkovnice (41) s horní čelní komorou (42) a spodní čelní komorou (43), na který navazuje komínový sací ventilátor (5), vyznačující se tím, že v odvodu (3) spalin je u obvodu válcového roštu (6) před vstupem spalin do tepelného výměníku (4) uspořádán dopalovací rošt (7) pro biomasu s přívodem (8) terciárního

15 vzduchu.

2. Spalovací zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že tepelný výměník (4) je horní klapkou (9) v horní čelní komoře (42) a spodní klapkou (10) ve spodní čelní komoře (43) rozčleněn na tři ve směru proudění spalin za sebou zařazené sekce (I, II, III).

3. Spalovací zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že spodní klapka (10) je

20 pro dopálení úletu opatřena průchozími otvory (101).