CZ10667U1 - Spalovací komora se stacionární fluidní oxidační vrstvou - Google Patents

Description

Spalovací komora se stacionární fluidní oxidační vrstvou

Oblast techniky

Technické řešení se týká spalovací komory se stacionární fluidní oxidační vrstvou. Tato komora je opatřená ve své spodní části fluidním roštem s tryskami a nad ním přívodním potrubím paliva se šnekovým podavačem, a nad úrovní přívodního potrubí paliva uspořádanou spodní klenbou, ukotvenou ke stěně kotle nad přívodním potrubím paliva.

Dosavadní stav techniky

U doposud známých a používaných kotlů je na běžné fluidní topeniště se stacionární oxidační fluidní vrstvou napojena tlaková část kotle, to jest spalovací komora s membránovými stěnami nebo s klečovým výpamíkem.

U takovýchto spalovacích komor bývá značným problémem dosahovat vysokých účinností kotle za současně nízkých emisí oxidu uhelnatého CO a oxidů dusíku NO_X. Aby CO dobře vyhořel, musí být dostatek kyslíku ve spalovací komoře. Dostatek kyslíku však způsobuje vyšší NO_X a vysokou komínovou ztrátu, tj. nízkou účinnost.

Sekundární vzduch vzhledem k nízkým teplotám ve spalovací komoře má jen malý účinek na dohoření CO.

Teplota spalin nad fluidní vrstvou vzhledem k odběru tepla, a to jak konvekcí, tak sáláním, do stěn spalovací komory kotle po výšce kotle, zejména v oblastech 2 m až 3 m nad tryskami fluidního roštu, rychle klesá, takže přibližně 2 m nad fluidní vrstvou dosahují teploty asi 700 °C.

Ve třech metrech nad fluidní vrstvou je již jen 650 °C, přičemž v oblastech 650 °C končí dohořívání CO. Vzhledem k tomu, že tato teplota je poměrně nízko nad fluidní vrstvou, nestačí CO dokonale shořet, a to i když je přebytek kyslíku ve spalovací komoře velký a dosahuje například hodnoty 2. Se snižováním přebytku vzduchu, to jest kyslíku ve spalovací komoře, rostou výrazně emise CO, a to výrazně nad povolené emisní limity. Další CO vzniká na chladných stěnách spalovací komory kotle. CO tedy vzniká nedokonalým spálením uhlíku, ať už jde o kusové nebo prachové uhlí, ve spalovací komoře, například vlivem nízkých přebytků kyslíku, vlivem nízké teploty hoření ěi rychlosti hoření, vlivem krátké doby zdržení CO v dostatečné teplotě a vlivem dochlazení dohořívaj ících částic na chladné stěně spalovací komory.

Požadavky na nízké emise CO lze takto splnit pouze na úkor vyšších obsahů NO_X ve spalinách a nižší účinnosti.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky dosavadního stavu techniky do značné míry eliminuje spalovací komora se stacionární fluidní oxidační vrstvou, opatřená ve své spodní části fluidním roštem s tryskami a nad ním přívodním potrubím paliva se šnekovým podavačem, a nad úrovní přívodního potrubí paliva uspořádanou spodní klenbou, ukotvenou ke stěně kotle nad přívodním potrubím paliva, podle technického řešení, jehož podstatou je, že nad úrovní přívodního potrubí paliva jsou stěny kotle obezděny izolační vyzdívkou, u jejíhož horního konce je uspořádaná horní klenba, ukotvená ke stěně kotle protilehlé vůči přívodnímu potrubí paliva. Výhodné je, jestliže je mezi volným krajem spodní klenby a horní klenbou, nebo mezi stěnou kotle, do níž je zaústěno přírodní potrubí paliva a volným krajem spodní klenby, uspořádán rošt z rozřaďovacích lamel. Výhodné rovněž je, jestliže pod úrovní přívodního potrubí paliva jsou stěny kotle obezděny žárobetonovou vyzdívkou.

-1 CZ 10667 Ul

Přehled obrázků na výkrese

Technické řešení bude dále podrobněji popsáno podle obrázku 1, kde je schematicky znázorněn kotel se spalovací komorou se stacionární fluidní oxidační vrstvou podle technického řešení.

Příklady provedení technického řešení

Na obrázku je znázorněno schéma kotle se spalovací komorou J se stacionární oxidační fluidní vrstvou s vestavěným fluidním roštem 2. Ve spodní části spalovací komory I je vestavěn fluidní rošt 2 s tryskami. Přívodní potrubí 3 spalovacího vzduchu je připojeno přes neznázoměný ventilátor k ohříváku 4 vzduchu, umístěnému v prostoru odchodu spalin z kotle. Ohřívák 5 vody, umístěný v témže prostoru, je spojen se vstupem bubnu 6 kotle, jehož výstup je přes přehřívák 7 ío páry spojen s výstupním potrubím 8 přehřáté páry. Ve spodní části spalovací komory J je nad fluidním roštem 2 vestavěna žárobetonová vyzdívka 9, kterou jsou obezděny stěny kotle od úrovně fluidní roštu 2 po úroveň zaústění přívodního potrubí 10 paliva s podavačem do spalovací komory J. Nad úrovní zaústění přívodního potrubí JO paliva do spalovací komory J jsou stěny kotle obezděny izolační vyzdívkou JJ.. Nad úrovní přívodního potrubí 10 paliva je uspořádána spodní klenba 12, ukotvená ke stěně kotle nad přívodním potrubím JO paliva. V úrovni horního konce izolační vyzdívky 11 je uspořádaná horní klenba 13, ukotvená ke stěně kotle protilehlé vůči stěně s přívodním potrubím 10 paliva. Mezi volným okrajem spodní klenby 12 a horní klenbou J3 je uspořádán lamelový rošt J4.

V činnosti kotle se spalovací komorou J se stacionární oxidační fluidní vrstvou s vestavěným fluidním roštem 4, podle technického řešení, hoří palivo ve fluidní vrstvě a spaliny odcházejí podél přehříváku 7 páry, ohříváku 5 vody a ohříváku 4 vzduchu do okolního prostoru. Fluidní vrstva je udržována ve vznosu spalovacím vzduchem přiváděným přívodním potrubím 3 spalovacího vzduchu, které je připojeno přes neznázoměný ventilátor k ohříváku 4 vzduchu, umístěnému v prostoru odchodu spalin z kotle.

Při spalování paliva v kotli platí, že CO dohoří jen tehdy, když má molekula CO kyslík kolem sebe, když se nachází v dostatečné teplotě a jestliže za teplosměnnou plochou kotle, na které vzniká CO ochlazením spalin, se ještě nachází oblast vhodná pro jeho dohoření. CO vzniklé v oblasti spalovací komory I pod žárobetonovou vyzdívkou 9, vzniklé na chladné části spalovací komory J, v další části spalovací komory J ještě dohoří, jestliže má vytvořené dobré podmínky pro dohoření.

Zateplením spalovací komory J, to jest vyzděním spalovací komory J izolační vyzdívkou JJ, dojde ktomu, že nedochází již v této další části spalovací komory J ke snižování teploty a tím dochází k dalšímu dohořívání CO i za snížených přebytků kyslíku ve spalovací komoře J, například při 7 % kyslíku O₂, což značí 1,5 přebytek O₂.

Zateplením teplosměnné plochy spalovací komory J se zvětší doba potřebná na dohoření CO a tím je možný nižší obsah O₂, nižší NO_X při podlimitnich emisích CO a tím je možná současně i vyšší účinnost kotle.

Pro vyšší vyhoření CO a pro zavedení nedohořelých CO do oblasti s dostatkem kyslíku, pro >

prodloužení doby a dráhy CO v dostatečné teplotě a pro zamíchání spalin se instalují spodní klenba 12, ukotvená ke stěně kotle nad přívodním potrubím 10 paliva, případně i horní klenba 13. ukotvená ke stěně kotle protilehlé vůči stěně s přívodním potrubím JO paliva.

Pro ještě účinnější zamíchání spalin a tím zvýšení kontaktu O₂ snedohořelým CO, pro zvýšení vyhoření úletových částic paliva, to jest prachu, se instaluje lamelový rošt J4 s rozřeďovacími lamelami. Prach se na lamelách lamelového roštu 14 odráží a vrací se zpět do spalovací komory

J, na lamelách dochází k dohoření prachových částic, zavířením spalin dochází ke zdržení prachu ve spalovací komoře J a kjeho hoření a zavířením spalin dochází i k promíchání nedohořelého CO s kyslíkem a kjeho dohoření.

-2CZ 10667 Ul

Účinky kleneb 12 a 13 a rozřaďovacích lamel lamelového roštu 14 se vhodným způsobem doplňují se zateplením spalovací komoiy 1, jejímž účinkem je velmi nízký obsah CO i při nízkých přebytcích O₂, a tím se podstatným způsoben sníží obsah NO_X ve spalinách, sníží se nedopal a zvýší se podstatným způsobem účinnost kotle.

Konkrétně se v příkladném provedení zvýšila účinnost kotle na 90 % a výše, nedopal v popelovinách se snížil na 0,5 -í- 3 % i při prachovém uhlí, takže došlo k vyhoření hořlaviny na 98 % a více.

Průmyslová využitelnost

Spalovací komoru se stacionární fluidní oxidační vrstvou, opatřenou spodní klenbou pro io oddělení prostoru s dostatečnou teplotou pro dohoření hořlaviny od ostatního prostoru spalovací komory a se stěnami kotle nad úrovní fluidní vrstvy ve vznosu, obezděnými tepelně izolační vyzdívkou lze s výhodou použít jak pro přestavbu kotle na pevná paliva na kotel fluidní, tak i při konstrukci nových fluidních kotlů.

Claims (5)

15 1. Spalovací komora se stacionární fluidní oxidační vrstvou, opatřená ve své spodní části fluidním roštem s tryskami a nad ním přívodním potrubím paliva se šnekovým podavačem, a nad úrovní přívodního potrubí paliva uspořádanou spodní klenbou, ukotvenou ke stěně kotle nad přívodním potrubím paliva, vyznačující se tím, že nad úrovní fluidní vrstvy ve vznosu jsou stěny kotle obezděny tepelně izolační vyzdívkou (11).

20

2. Spalovací komora podle nároku 1, vyznačující se tím, že u horního konce tepelně izolační vyzdívky (11) je uspořádaná horní klenba (13), ukotvená ke stěně kotle protilehlé vůči stěně kotle, do níž je zaústěno přívodní potrubí (10) paliva.

3. Spalovací komora podle nároku 2, vyznačující se tím, že mezi horní klenbou (13) a volným krajem spodní klenby (12) je uspořádán rošt (14) z rozřaďovacích lamel.

25

4. Spalovací komora podle nároku 2, vyznačující se tím, že mezi stěnou kotle, do níž je zaústěno přívodní potrubí (10) paliva a volným krajem spodní klenby (12) je uspořádán rošt (14) z rozřaďovacích lamel.

5. Spalovací komora podle nároku 1, vyznačující se tím, že pod úrovní přívodního potrubí (10) paliva jsou stěny kotle obezděny žárobetonovou vyzdívkou (9).