CZ20003901A3 - Způsob a zařízení k rekuperaci tepla ze zplodin vzniklých při spalování paliva, z kouřových plynů - Google Patents

Abstract

Zařízení k přenosu a rekuperaci tepla obsahuje palivový hořákový soubor (14), operabilně připojený proti směru k turbodmýchadlu/turbokompresoru (6), aje opatřeno spouštěcím přístrojem (1). Hořákový soubor (14), operabilně připojený ve směru k výměníku tepla a k systému pro rekuperaci, má jeden nebo více, přednostně dva, výměníky (11, 12) tepla typu konvekční výměny tepla a výfuk nebo komín pro výstup spotřebovaných kouřových plynů. Spouštěcí přístroj (1) tvoří soubor ejektoru vzduchu, externí potrubí pro přívod vzduchu externí zdroj dodávky paliva, hořák na spalování tekutého/plynného paliva, soubor směšovací komory (28), operabilně připojený ke spouštěcímu zařízení turbodmýchadla/turbokompresoru (6) a systém pro rekuperaci tepla. Palivový hořákový soubor (14) obsahuje řízený hořák (3), zdroj zapalování jako je například zapalovací transformátor (4), potrubí (6) pro vstup stlačeného vzduchu turbokompresorem, primární kryt (17) pro hořákovou tyč, soubor trysek) 18) a přídavný kryt, vytvořený ze spalovací komory, která je opatřená v protisměru druhotným směšovacím souborem a souborem (19) k difúzi vzduchu.

Description

Oblast techniky

Tento^- vynález^_se”týká^_zcíokonafení-projektovánha”konstrakce^_zařfzení^_pro“přímý ohřev jako jsou například parní generátory, bojlery pro ohřev vody, olejové topné články, teplovzdušná zařízení, spalinové generátory nebo jakékoliv kapalinové ohřívače a též ostatní vybavení zahrnující spalování jako jsou čerpadla absorpčního tepla z přímého spalování. Podle tohoto vynálezu, zařízení pro přímý ohřev jsou vyrobena kompaktním způsobem. Je všeobecně známé, že použití vysoké rychlosti v konvekční sekci zařízení k přenosu tepla vede ke zvýšení součinitele přestupu tepla, které na druhé straně redukuje povrchovou plochu přestupu tepla. Jestliže se zvýší tlak ve spalovací komoře, zmenší se rozměry plamenů. Nicméně, škodlivý je pokles vysokého tlaku při zvýšení tlaku ve spalovací komoře a při zvýšení rychlosti tahu kouřových plynů. Podle tohoto vynálezu se předpokládá zdokonalení, jehož je možno dosáhnout kombinací dosud známých metod generování vysokého tlaku vzduchu bez použití externí hnací síly, zařízení k přímému ohřev mohou být vyrobena jako kompaktní celek provedením rozměrových změn.

Je předložen rovněž spouštěcí systém pro výše uvedený vynález a je navržen nový hořákový soubor pro řečenou zdokonalenou konfiguraci zařízení k přímému ohřevu.

Je doporučováno použití turbodmýchadla/turbokompresoru novým způsobem.

Obvykle, veškerá zařízení k přímému ohřevu jako jsou parní generátory, olejová topná zařízení, teplovzdušná zařízení atd., mají k přestupu tepla následující hlavní komponenty:

a) hořák pro spalování paliva;

b) povrchové plochy k přestupu tepla, jak v sekci radiace tak v sekci konvekce tepla. Povrch plochy radiace k přestupu tepla obvykle tvoří pouzdro, které působí jako spalovací komora;

• · 9

c) ventilátor nebo dmýchadlo kontroluje pokles tlaku (hydraulickou rezistenci) systému, který obsahuje hořák stejně jako průchod plynů povrchovými plochami výměníku tepla. (V případě přirozeného tahu, pokles tlaku je přizpůsoben tahu komína).

Jsou určitá omezení při projektování takovýchto systémů vyplývající ze skutečnosti, že vysoká rychlost v sekci konvekce tepla vede k poklesu ve vysokém tlaku a vyžaduje vysoce výkonný ventilátor. Proto musí být vypracována optimální rovnováha mezi výkonem ventilátoru a rychlostí pro tato zařízení přímého ohřevu___

Skutečnost, že vyšší rychlost v sekci konvekce tepla poskytne vysoký součinitel přestupu tepla v konvekční sekci je dobře známa. Rovněž je známo to, že vyšší tlak ve spalovací komoře zmenší velikost plamenů. Nicméně, není vhodné uvádět v činnost spalovací komoru přes cca 200-500 mm.wc, neboť výkonný ventilátor zvyšuje provozní náklady. Toto je všeobecně používaná praxe během projektování zařízení přímého ohřevu s několika málo výjimkami, kdy jsou tolerovány vysoce výkonné ventilátory pro dosažení redukce velikosti ohřívače při nedostatku prostoru.

Přesto, při dosažení maximálně dovoleného poklesu tlaku v systému je nutné přijmout velikost zařízení podle velikosti plamenů a maximální možné rychlosti pro konvekční zónu. Maximální rychlost závisí na dostupnosti hlavy.

Turbodmýchadlo/turbokompresor se používá po mnoho let a slouží hlavně ke zvýšení tlaku vzduchu při spalování a jeho množství, pro interní spalovací motory (jako jsou vznětové -dieselový motory) . Pomocí turbodmýchadla, v důsledku přivedení více vzduchu do spalovací komory, se výkon vznětového motoru zvýší a na druhé straně umožňuje spalování většího množství paliva pro stejně velký motor. Turbodmýchadlo sestává z turbinové sekce a kompresní sekce, obě poháněné na stejné hřídeli. Turbinová sekce přijímá kouřové plyny z motoru před odčerpáním a výkon generovaný v důsledku poklesu teploty a tlaku kouřových plynů se používá výhradně pro účely stlačení vstupujícího spalovacího vzduchu.

U předloženého vynálezu se předpokládá, že turbodmýchadlo/turbokompresor se použije místo ventilátoru pro tvorbu vysokotlakého spalovacího vzduchu k využití zbytkové teploty a tlaku v odčerpaných plynech k tvorbě požadovaného výkonu pro kompresor. Proto se předpokládá, že turbodmýchadlo může být s úspěchem použito

3«

Ο 0 • 0 • · • · ♦ na zařízeních přímého ohřevu, v důsledku čehož se dosáhne podstatné redukce ve velikosti zařízení přímého ohřevu.

Na interních spalovacích motorech, nemusí být okamžitě od počátku v provozu turbodmýchadlo. Motor může být spuštěn bez torbodmýchadla a může běžet normálním přirozeným aspiračním způsobem. Turbodmýchadlo může být zapojeno až po vyvinutí dostatečného množství plynu a tlaku. Spouštěcí systém pro motory s interním spalováním, byl takto dobře ustanoven Má-li být použito turbodmýchadla na zařízení přímého ohřevu, musí být vyvinut nový přístup ke spouštění. Při absenci ventilátoru, neexistuje způsob zapálení hořáku není-li v provozu turbodmýchadlo. Současný vynález popisuje rovněž nový spouštěcí systém.

Spalovací systém sestává z hořáku pro spalování paliva. U běžných spalovacích systému, ohřívače operují tlakem vzduchu, který nedosahuje přibližně 500 mm. wc. A návrhy hořáků jsou dobře vybaveny k tomu, aby operovaly za těchto tlakových podmínek. Při použití turbodmýchadla, spalovací komora bude muset operovat za mnohem vyššího tlaku, který vyžaduje odlišnou konfiguraci hořáku. Jestliže nové zařízení pro přímý ohřev s turbodmýchadlem má být vyrobeno jako kompaktní celek, je nutný kompatibilní hořákový systém. Proto je představen nový hořákový soubor pro provoz ve spalovací komoře při značně zvýšeném tlaku. Je navrženo zařízení pro přímý ohřev - turbodmýchadlo a spouštěcí systém, které je vhodné ke spalování několika druhů paliva jako HSD, LDO, FO, LSHS atd. stejně jako plynných paliv jako je zemní plyn, LPG, Bioplyn atd..

Proto, tento vynález podle jednoho hlediska se vztahuje ke zdokonalenému zařízení k přenosu tepla.

Podle jiného hlediska, tento vynález se rovněž vztahuje k novému spouštěcímu systému pro zdokonalené zařízení k přestupu tepla.

Podle čtvrtého hlediska se tento vynález vztahuje k novému hořákovému souboru pro zdokonalené zařízení k přestupu tepla a též pro ostatní zařízení k přenosu tepla.

«»3

Dosavadní stav techniky

Je již známý obecný typ zařízení k přenosu tepla založený na konvekčním a radiačním přenosu tepla.

^omerčně používaná zařízení k přenosu tepla, konvekčního curn radiačního typu mají charakteristiky/omezení/nevýhody, z nichž některé zde uvádíme :

a) vyžadují vybavení a komponenty velkých rozměrů, které zvyšuje vstupní

-náklady na vybavení, instalaci a prostor;b) součinitel přestupu tepla závisí na tahu kouřových plynů, zejména je omezen rychlostí tahu produktů spalování (spalovacích plynů) v konvekčních sekcích používaných pro získání tepla k opětnému využití (rekuperaci);

c) je zapotřebí jisté elektrické energie pro ventilátor spalovacího vzduchu;

d) je nutná jistá hladina přebytečného vzduchu, která ovlivňuje celkovou účinnost;

e) kotel musí být velký z pohledu velikosti - délky a průměru plamene;

f) řadou podmínek je omezena flexibilita a přizpůsobivost různých aplikací.

Podstata vynálezu

Je navrhován posun v provedení zařízení k přenosu tepla ke zdokonaleným zařízením tohoto druhu malých rozměrů.

Proto, hlavním úkolem tohoto vynálezu je zdokonalení zařízení k přenosu tepla, které bude kompaktní a hospodárné.

Jiným předmětem tohoto vynálezu je navržení zařízení k přenosu tepla, které zajistí vyšší tepelné proudění/vyšší součinitel přestupu tepla než je tomu u známých zařízení tohoto druhu.

Je zde ještě jeden úkol tohoto vynálezu, navržení takového zařízení k přenosu tepla, které ve srovnání s dosud známými zařízeními, které zabezpečí stejné funkce, bude menší co do velikosti a hmotnosti.

Dalším hlediskem tohoto vynálezu je eliminace velkého podílu spotřeby elektrické energie vložením turbodmýchadla nebo turbokompresoru do systému.

• ·

Ještě další úkol předloženého vynálezu je navržení takového zařízení k přenosu tepla, které zajistí nižší provozní náklady a tím zvýhodní zařízení i proces z hlediska hospodárnosti.

Podle dalšího předmětu tohoto vynálezu je navržení takového zdokonaleného zařízení k přenosu tepla, které zajistí větší flexibilitu operací a flexibilitu při přizpůsobení různých aplikací jako parních kotlů, kotlů na horkou vodu,kapalinových ohřívačů, teplovzdušných zařízení, generátorů horkých plynů, čerpadel absorpčního tepla z přímého spalování atd.

_ Ještě dalším předmětem je navržení takového zařízení k přenosu tepla, které může být přizpůsobeno použití různých paliv jako HSD, LDO, FO, LSHS atd., nebo jiných srovnatelných tekutých paliv stejně jako paliv plynných jako je zemní plyn, bioplyn, LPG atd.

Je stále ještě další předmět vynálezu, navržení nového spouštěcího mechanizmu pro počáteční roztočení turbodmýchadla/turbokompresoru , které je vhodné a kompatibilní se zdokonaleným zařízením k přenosu tepla.

Navržení nového hořáku k zajištění účinnějšího spalování s plameny, které by byly rozměrově menší , než ty, které jsou známe u dosavadních hořáků, je rovněž předmětem tohoto vynálezu.

Navíc, vynález rovněž navrhuje zdokonalení způsobu přenosu tepla, který zajistí vyšší nebo lepší tepelné proudění/součinitel přestupu tepla a který vyžaduje zařízení, jehož celková velikost je menší než u známých zařízení v tomto oboru a nevyžaduje elektrickou energii k zavádění spalovacího vzduchu do zařízení a současně má větší flexibilitu pro snadné a ekonomické přizpůsobení k různým zařízením jako je parní kotel, kotel na horkou vodu, termický fluidní ohřívač, teplovzdušné zařízení, generátor horkých plynů, čerpadlo absorpčního tepla z přímého spalování atd. a k podobným zařízením .

Toto a ostatní hlediska vynálezu budou blíže objasněna v následujících odstavcích.

Podle tohoto vynálezu je předložen způsob rekuperace tepla ze zplodin při spalování (kouřových plynů) paliva za vyšší teploty na jinou kapalinu za relativně nízké teploty , jehož jednotlivé kroky tvoří:

(i) zvýšení rychlosti tahu horkých kouřových plynů ze spalování paliva, mnohonásobně vyšší než dosud možné, pomocí dodávání

stlačeného vzduchu poháněného turbodmýchadlem/ turbo kompresorem do paliva ve fázi spalování ;

(ii) vystavení paliva cum vysokého tlaku vzduchu procesu spalování v komoře;

(iii) seřízení rychlosti hoření paliva vzhledem k množství/tlaku vzduchu k dosažení stabilních podmínek při spalování;

(iv) zajištění a udržení stabilních rozměrů plamene (délky, průměru) , které jsou výrazně menší než u dosud známých řečených _spaLovacícb-komor;_ (v) obnovení a nepřímé přenesení malé části tepla ze spalování na relativně chladnou externí kapalinu obklopující řečenou spalovací komoru;

(vi) vedení produktů ze spalování skrze první výměník tepla;

(vii) obnovení a nepřímé přenesení hlavní části tepla ze zplodin ze spalování, přednostně konvektivním přenosem tepla v řečeném prvním výměníku tepla na externí kapalinu, která je stejnou řečenou kapalinou obklopující spalovací komoru nebo zcela odlišnou kapalinou;

(viii) vedení kouřových plynů, u nichž došlo k částečnému odčerpání tepla, vystupujících z řečeného prvního výměníku tepla skrze turbinu turbodmýchadla/turbokompresoru a částečná přeměna tepelné energie obsažené v kouřových plynech na mechanickou energii v turbině turbodmýchadla/turbokompresoru, která je využita ke stlačení čerstvého vzduchu na vysoký tlak v kompresoru turbodmýchadla/turbokompresoru, který je uchycen na stejné hřídeli turbiny turbokompresoru, pro použití, jako spalovací vzduch v hořáku v zařízeních tímto specifikovaných a pak skrze druhý výměník tepla;

(ix) příjem a nepřímý přenos dalšího tepla z řečených kouřových plynů, u nichž došlo k částečnému odčerpání tepla do druhého výměníku tepla na externí kapalinu, která je stejná jako řečená kapalina obklopující spalovací komoru a první tepelný výměník nebo je zcela odlišnou kapalinou;

(x) podstatné obnovení veškerého zbylého tepla skrze řečený druhý výměník tepla .rovněž skrze konvekční přenos tepla a konečně;

“6

(xi) odvedení kouřových plynů, u nichž došlo k úplnému odčerpání tepla do výfuku.

Tlak vzduchu stlačeného turbomotorem je od 0,3 do 3 barg a rychlost tahu kouřových plynů v sekci přenosu tepla je 50-2000 m/sec., poměr stlačeného vzduchu zaváděného do paliva během fáze spalování je přednostně v rozsahu od 15.5:1 do 9:1.

Palivo je zvoleno, ne však omezeno, z paliv typu HSD/LDO/FO/SHS a pod., nebo z plynných paliv jako je LPG/zemní plyn a pod., a je spalováno řízeným plynovým hořákem , který je střídavě zapalován pomocí zapalovacích jisker přes zapalovací transformátor.

Přívod vzduchu je přiváděn na různých stupních spalování do řečené hořákové komory. Systém pro přenos a získání tepla pro opětovné využití z produktů vzniklých při spalování (kouřových plynů) paliva v radiační a dvoustupňové konvekční sekci je vytvořen v kombinaci, (i) Hořákový soubor pro spalování paliva je operabilně připojen proti proudu k turbodmýchadlu/turbokompresoru, řečené turbodmýchadlo/turbokompresor je vybaven spouštěcím mechanizmem, řečený hořákový soubor operabilně připojený po proudu k systému pro přenos a rekuperaci tepla je opatřen jedním nebo více, přednostně dvěmi tepelnými výměníky konvekčního výměníkového typu a výfukem nebo komínem pro výstup spotřebovaných kouřových plynů, řečený soubor spouštěcího mechanizmu je vybaven zařízením pro vyvození vzduchu, externím potrubím pro přívod vzduchu, externím zdrojem pro dodávku paliva, hořákem kapalinového/plynného paliva a směšovací komorou a tento soubor operabilně spojuje řečený spouštěcí přístroj sturbodmýchadlem/turbokompresorem a řečený systém rekuperace tepla. Řečený hořákový soubor na spalování paliva tvoří řízený hořák, zdroj zapalování jako je zapalovací transformátor, potrubí pro přívod vzduchu stlačeného turbokompresorem, primární kryt pro umístění hořákové tyče a souboru trysek a druhý kryt, který definuje spalovací komoru opatřenou protisměrně působícím druhým souborem pro směšování vzduchu a souborem pro difusi vzduchu.

Dva tepelné výměníky konvekčního typu a řečená spalovací komora drží pohromadě a ve stejném krytu je tedy obsažena společná kapalina nebo odlišné

kapaliny, jak je popisováno v samostatných přílohách pro absorpci tepla radiačním nebo konvekčním přenosem tepla.

Systém není omezen na generátory páry, horké vody, tepelné kapalinové ohřívače, horkovzdušná zařízení, generátory horkých plynů, čerpadla absorpčního tepla z přímého spalování nebo na podobná zařízení nebo na jejich kombinace, na zařízení k pokrytí různých uspořádání povrchu k přenosu tepla včetně , ne však omezeno konstrukcí tahových potrubí.

Kryt hořákového souboru je opatřen zařízením pro detekci plamene vstupem pro vizuální kontrolu na příslušném_místě__

Druhý kryt má hlavní divergentní (odchylující) sekci, řečená sekce má řadu přídavných vzduchových vstupů nebo trysek, které jsou přizpůsobeny k tomu, aby vstřikovaly přídavný vzduch v příslušném úhlu k příčné ose plamene.

Spouštěcí systém, vhodný pro systémy k přenosu a rekuperaci tepla z produktů ze spalování (kouřových plynů) zde popsanou metodou, obsahuje soubor vzduchového potrubí jako je vzduchový ejektor, externí potrubí pro přívod vzduchu, externí zdroj dodávky paliva, soubor zážehového hořáku a směšovací komory operabilně připojený řečený spouštěcí přístroj k řečenému turbodmýchadlu/ turbokompresoru a řečený systém rekuperace tepla.

Hořákový soubor vhodný pro systém k přenosu a rekuperaci tepla z produktů spalování (kouřových plynů) zde popsaným způsobem, obsahuje řízený hořák a zdroj zapalování jako je zapalovací transformátor, potrubí pro přívod vzduchu stlačeného turbokompresorem, primární kryt obsahující hořákovou tyč a soubor trysek a sekundární kryt s protisměrně působícím souborem pro směšování přídavného vzduchu a difusní soubor.

Hořákový soubor je opatřen přístrojem pro detekci plamenů a vstupem pro vizuální kontrolu na příslušném místech.

Druhotný kryt má hlavní divergentní sekci, řečená sekce má řadu druhotných vstupů pro přívod vzduchu nebo trysek, které jsou přizpůsobeny ktomu, aby vstřikovaly recirkulovaný vzduch v příslušném úhlu k příčné ose plamene.

Vynález bude nyní objasněn pomocí výkresů na ®!rr. J^a£&r.S.

Obr. 4 znázorňuje blokový diagram přednostního uspořádání.zařízení k přenosu tepla spalovacích ohřívačů, které jsou založeny na nově vynalezené technologii.

Obr. ^znázorňuje přednostní uspořádání nového hořákového systému.

Obr. 3 znázorňuje nový spouštěcí systém počátečního roztočení turbodmýchadla/ turbokompresoru:-Toto jsou jediná přednostní uspořádání a předložený vynález tato uspořádání obsahuje, ale není jimi omezen. U těchto uspořádání / konfigurací může být řada variací. Nicméně, předložený vynález předpokládá použití všech těchto uspořádání / konfigurací, ve kterých turbodmýchadlo / turbokompresor je použit místo ventilátoru nebo dmýchadla k zabezpečení spalovacího vzduchu při zvýšeném tlaku s jediným účelem - vytvoření kompaktního spalovacího ohřívače pomocí ovládání spalovací komory za vysokého tlaku a konvekční sekce za vysoké rychlosti.

Vynález bude nyní podrobněji popisován s odkazy na doprovodné výkresy, které ilustrují širokou koncepci s odkazy zejména na části týkající se přihlášky vynálezu a záměrem tohoto popisu není omezení tohoto vynálezu.

Na výkresech oLr. JL znázorňuje blokový diagram zařízení k přenosu tepla, které je založeno na nově vynalezené technologii.

Obr. ^znázorňuje nový hořák použitý v tomto zařízení.

Obr. 3 znázorňuje nový spouštěcí systém vyvinutý pro počáteční roztočení turbodmýchadla / turbokompresoru.

Příkhďy vynalezu

Obr. A přísluší k celkovému systému nově vynalezeného zařízení k přenosu tepla, ve kterém spouštěcí systém 1 , jehož detaily jsou znázorněny na Obr. C a popsány v následujícím odstavci, využívá externí zdroj 2 vzduchu pro počáteční roztočení turbokompresoru 6. Externí zdroj 2_ vzduchu je používán pouze po kratší dobu než 60 sekund. Vzduch generovaný kompresorem 6a je dostupný pro

to · toto to ·· · toto to

spalování paliva v nově vynalezeném hořáku 14 , jehož detaily jsou znázorněny na Obr. B a popsány v následujících odstavcích. Po dosažení dostatečného tlaku ve vzduchovém potrubí hořáku, tlak je snímán tlakovým spínačem 9, řízený hořák 3 je zapálen pomocí zapalovací jiskry ve stopě přívodu plynu, která prochází zapalovacím transformátorem 4. Palivový ventil 10 ovládaný solenoidem je zapojen a palivo začíná hořet ve spalovací komoře 8. Energie uvolněná z paliva postupně zvyšuje rychlost turbokompresoru 6 a uvede ji do stabilního běhu, zcela ustálených podmínek. Spouštěcí systém £ je odpojen po dosažení stabilní rychlosti. Spalování paliva je dále zrychlováno. Současně se zvyšováním rychlosti spalování paliva, turbokompresor 6 dosahuje vyšší rychlosti a tomu odpovídá vyšší přívod vzduchu ke spalování. Při plné rychlosti spalování je dosaženo předepsané rychlosti turbokompresoru 6. Kompresor 6a turbokompresoru 6 nasává čerstvý vzduch skrz vzduchový filtr 7 a dodává jej do hořáku 14 v předepsaném tlaku a průtoku skrz potrubí 5. Uvnitř spalovací komory 8 hořák 14 produkuje velmi krátký plamen. Malá část tepla je přenášena na vnější kapalinu 15 kolem spalovací komory 8. Produkty vzniklé spalováním jsou vedeny skrz první kompaktní tepelný výměník 11 a teplo je přenášeno konvekčním tepelným přenosem na vnější kapalinu 15. Rozměry prvního výměníku ££ jsou dány vysokou rychlostí toku plynů tak, aby bylo dosaženo vysokého součinitele přestupu tepla a vhodných podmínek ve stavu tlaku a teploty na vstupu turbíny 6b turbokompresoru 6. Entalpie (tepelný obsah) vstupních kouřových plynů do turbíny 6a turbokompresoru 6 je dostatečný k tomu, aby roztočil turbínu a následně kompresor 6a a aby zajistil ustálený běh systému bez použití externě elektricky poháněného ventilátoru. Kouřové plyny, vystupující z turbíny 6b prochází mezilehlým potrubím 13 do druhého kompaktního výměníku 12 tepla. Zbylá tepelná energie je dále přenášena na vnější kapalinu 15. Rozměry druhého výměníku tepla 12 jsou dány rychlostí tahu kouřových plynů tak, aby bylo dosaženo vysokého součinitele přestupu tepla a aby bylo dosaženo optimálního využití tepla obsaženého v kouřových plynech před jejich odvedení do výfuku (komína) 16. Externí kapalina 15 může být totožná nebo odlišná pro výměníky tepla 11 a 12 , je-li nutné pomocí vhodných opatření.

Obr. B patří k nově vynalezenému hořáku, který je součástí celkového systému, který je indikován na Obr. A. Hořák 14 sestává z krytu 17, hořákové tyče a souboru trysek 18, řízeného hořáku 3, zapalovacího transformátoru 4, přívodního «=» 10 • >

• ·

vzduchového potrubí 5, primárního souboru vzduchové difuse 19, sekundárního souboru pro směšování vzduchu 20, vstupem 21 pro pohledovou kontrolu plamene a zařízení 22 pro detekci plamene. Plamen produkovaný hořákem je umístěn ve spalovací komoře 8.

Kryt 17 je navržen tak, aby snesl vysoký tlak spalovacího vzduchu. Je smontován ze stěn zařízení 23 k přenosu tepla. Hořáková tyč a soubor trysek 18 je vzduchového / parního rozprašovacího typu. Hořák 3 řízeného spalování plynu se používá pro počáteční zapálení hlavního paliva. Vedený plyn je zapálen pomocí zapalovacího transformátoru 4. Vzduch potřebný ke spalování hlavního—paliva přichází z kompresoru 6a turbokompresoru 6 přívodním vzduchovým potrubím 5. Primární soubor pro difusi vzduchu 19 produkuje silnou turbulenci, která vzniká směšováním primárního vzduchu a hlavního paliva. Druhotný soubor 20 pro směšování vzduchu sestává z řady malých otvorů rozmístěných v příslušném úhlu, kterými je vháněn dodatečný vzduch za vysoké rychlosti do plamene. Toto zvláštní uspořádání kompletuje přímý proces spalování uvnitř malého prostoru.Toto uspořádání napomáhá ohraničení plamene ve spalovací komoře 8. Spalovací komora je ještě připojena k prvnímu kompaktnímu výměníku 1 tepla. Zařízení 22 pro detekci plamene snímá plamen a předává signál kontrolnímu systému k pokračování procesu. Plamen může být rovněž pozorován skrze pohledový vstup 21 , který je proveden na krytu 17 hořáku.

Obr. C se vztahuje k detailům nového spouštěcího systému, který je součástí celkového systému, indikovaného na Obr. A. Spouštěcí systém i sestává z externí dodávky 22 vzduchu , potrubí 24 pro dodávku paliva, spouštěcího zařízení 25 hořáku, nasávacího portu 26, škrtícího regulátoru 27 a souboru 28 pro směšování vzduchu.

Malé množství vzduchu za vysokého tlaku přibližně 5 barg je dodáváno externím souborem 2 pro dodávání vzduchu. Díky sacímu efektu, který je vytvořen přístrojem jako je ejektor,je nasáváno až dvojité množství vzduchu z atmosféry nasávacím portem 26 a škrtícím regulátorem 27.Celkový vzduch z externího zdroje 2 a z nasávacího portu 26 je dostatečný jako spalovací vzduch k zapálení paliva dodávaného potrubím 24 spouštěcím hořákem 25. Produkty vzniklé při spalování ze spouštěcího hořáku 25 vstupují do souboru směšovací komory 28 za teploty kolem 650°C. Soubor směšovací komory je zapojen mezi první kompaktní výměník 11 tepla

9 ^r9 9 a turbokompresor 6. Energetický obsah produktů ze spalování je dostatečný k tomu, aby způsobil počáteční roztočení turbíny 6b a následně kompresoru 6a. Vzduch je nasáván kompresorem 6a přes filtr 7 a je dodáván do hlavního hořáku 14 vzduchovým potrubím 5. Množství vzduchu nasávaného kompresorem 6a je dostatečné pro iniciaci spalování v hlavním hořáku 14. rychlost turbokompresoru 6 vzrůstá a dosahuje stabilních podmínek, přičemž jeho provoz se stává ustáleným. V tomto bodě je spouštěcí procedura ukončena a dodávka paliva do spouštěcího hořáku 25 je odpojena. Externí dodávka 2 ie odpojena a škrtící regulátor 27 v nasávacím portu 26 ie uzavřen___—

Experimentální ověření procesu a zařízení podle předloženého vynálezu.

A) Pro praktické ověření předností několika aspektů tohoto vynálezu byla srovnávána dvě zařízení se stejným tepelným výstupem, jedno založené na konvenční tegnologii a druhé založené na předloženém vynálezu.

Výše uvedená koncepce byla ověřována za identických podmínek experimentálními studiemi. Výsledky typických konfigurací jsou následující:

TABULKA 1

	Konvenční	Nové
Rozměry plamenů
Průměr	D1	0,3 D1
Délka	L1	0,25 L1
Rozměry topeniště
Průměr	D2	0,4 D2
Délka	L2	0,3 L2
Povrchová plocha přenosu tepla, m2	A	0,3 A
Celkový součinitel přestupu tepla,kcal/h,m2 °C	h	4h
Celková tepelná účinnost na základ GCV, %	83,5	84,5

B) Pro ověření / srovnání výkonu součástí, byly prováděny další studie a výsledky pro typické konfigurace uvádíme:

Ί2 'φ'φ '· · φ φ φ φ φ φ φ'φ φ · φ φ φ φ φ φ

φ φ φφφ φφφφ φφ φ

TABULKA 2« Experimentální údaje

Zatížení systému jako % navrhovaného stavu

Parametry	100	Konvenční	100	Nové
75	50	75	50
Tlak spalovacího vzduchu,kPa	P1	P2	P3	51P1	31P2	25P3
Celková hydraulická rezistence	DO1	DP2	DP3	14	12	7
tepelného výměníku ívČAtnÁ turhínv v nřínarlp nnwé				DP1	DP2	DP3
technologie), kPa Spotřeba elektrické energie Pro vhánění spalovacího vzduchu, kW Pokles entalpie prostupující	P	0,9P	0,8P	Nil	Nil	Nil
turbínou	NA	NA	NA	W	0,57	0,43
KJ/S					W	W
Vzrůst entalpie	NA	NA	NA	W	0,57	0,43
Přes kompresor KJ/S % 02 v kouřových plynech					W	W
(suchý objem)	4,4	5,1	6,3	2,0	3,	3,4
Přebytečná hladina vzduchu, %	25	30	40	10	15,5	18

NA - nepoužitelné

Srovnání předložených údajů z tabulky 1 a 2 a vyvození závěrů

Z dostupných dat a pozorování velikosti plamene / tvaru, povrchové plochy k přenosu tepla , tlaku spalovacího vzduchu a podobně, se předpokládá, že nároky na patentovou ochranu byly dostatečně prakticky ověřeny a že je možné redukovat rozměry topeniště / ploch k přenosu tepla pomocí této nové koncepce, aniž by bylo potřebné použít externě poháněný ventilátor pro vhánění spalovacího vzduchu.

Toto jsou pouze typické výsledky a podobná provedení mohou být použita pro další uspořádání / konfigurace

·· ·'· ¥ ·¥ ·· ·· • ♦ · i ·· · · i i · · • ¥ ·· · »·;·¥· • · ¥ · · ¥ « ii · ¥ >

• » · · ¥ ¥ · ¥ · · ¥¥ tt «¥·¥¥¥¥ ·· ··

Detailní popis procesu podle vynálezu»

Konvenčně, zařízení k přenosu tepla, používaná pro aplikace jako jsou parní kotle, generátory horké vody, termální kapalinové ohřívače, teplovzdušné zařízení, generátory horkých plynů, čerpadla absorpčního tepla z přímého spalování atd., využívají k přenosu radiace stejně jako konvekce tepla. Spalovacím zařízením v těchto systémech je konvenční hořák, který produkuje velké plameny. Spalovací komora (topeniště) je navržena tak, aby pojala plameny produkující konvenčním hořákem. Pro dodávku spalovacího vzduchu do hořáku je používán elektricky poháněný ventilátor a produkty spalování_jsou-protahován-y-spalo-vací-komorou-apovrchy ke konvekci tepla. Velikost spalovací komory s ohledem na rozměry plamenů je dosti objemná. Povrch ke konvekci tepla a celkového zařízení k přenosu tepla je značný v důsledku omezení kladených požadavky na pohon ventilátoru. Konvenční hořáky vyžadují kolem 20-25 % přebytečného vzduchu pro dokončení spalování paliva. Požadavky na plochu k přenosu tepla jsou rovněž vysoké vzhledem ke srovnatelně nízkému součiniteli přestupu tepla.

Pozornost byla věnována realizaci většího přenosu tepla na jednotku plochy za podmínek daných zdokonaleným procesem ve srovnání se známými způsoby.

K dosažení výše uvedeného požadavku, bylo rozhodnuto zvýšit konvekci tepla zvýšením rychlosti průchodu produktů spalování přes povrch přenosu tepla.Rychlost průchodu produktů spalování (kouřových plynů) byla zvýšena na úroveň od 50 do 200 m/sec jak je srovnáváno s mnohem nižší úrovní rychlosti v konvenčních systémech. Tlak spalovacího vzduchu byl zvýšen tak, aby odolával výslednému hydraulickému tlaku v zařízení k přenosu tepla a též aby bylo dosaženo redukce rozměrů plamene.

Výsledkem toho byla redukce plochy k přenosu tepla a tím i k redukci velikosti zařízení k přenosu tepla jako jsou parní kotle, kotle na horkou vodu, tepelné kapalinové ohřívače, teplovzdušné zařízení, generátory horkých plynů, čerpadla absorpčního tepla z přímého spalování atd..

Použití vyšší rychlosti tahu plynu zvyšuje tepelný prostup / součinitel přestupu tepla několikrát. Výsledkem toho je podstatná redukce plochy potřebné pro přenos tepla a tím i několikanásobná redukce velikosti zařízení k přenosu tepla.

Zvýšení rychlosti tahu plynů rovněž zvyšuje hydraulickou rezistenci v tahu plynu ve srovnání s konvenčními zařízeními k radiaci a konvekci tepla. Vzduch za podstatně vyššího tlaku odolává této rezistenci. Toto je zajištěno pomocí

-14 — '·· turbodmýchadla / turbokompresoru v cestě průchodu plynu. Vysoký tlak vzduchu rovněž znatelně zlepšuje charakteristiky spalování paliv. Použití turbodmýchadla / turbokompresoru rovněž eliminuje potřebu elektricky poháněného ventilátoru, který je jinak nutnou součástí konvenčních zařízení k přenosu tepla.

V turbodmýchadle / turbokompresoru, turbína využívá energii z kouřových plynů k pohonu kompresoru, který je namontována na stejné hřídeli.Celková úbytek tepelného obsahu kouřových plynů k zabezpečení energie k pohonu turbíny turbodmýchadla / turbokompresoru je opětovně získáván vzestupem tepelného obsahu (entalpie) v důsledku_získaného_stlačeného_vzduchu—generovaného kompresorem turbodmýchadla / turbokompresorem, který je na oplátku dodáván jako spalovací vzduch do systému. Proto zde nedochází ke ztrátě externí energie pro tento systém. Dále, teplo pro opětné použití je znovu získáváno z kouřových plynů u výstupu turbíny turbodmýchadla / turbokompresoru k redukci teploty tahu plynu na úroveň srovnatelnou s jakýmkoliv konvenčním zařízením k přenosu tepla.

Pro realizaci předností kompaktního zařízení k přenosu tepla bylo nutné rovněž vyvinou nový hořákový systém, který může akceptovat spalovací vzduch za vysokého tlaku a též značně redukované rozměry plamene. Nový hořákový systém byl navržen tak, aby splňoval tyto požadavky.

K provedení spuštění výše uvedeného zařízení, je vyvinut nový dosud neznámý mechanizmus. Turbodmýchadlo / turbokompresor použité v systému je roztočeno v počátku pomocí externího zdroje vzduchu v intervalech, které jsou kratší než 60 sekund. V rámci tohoto intervalu, operace trubodmýchadla /turbokompresoru se ustálí a externí zdroj vzduchu je odstraněn.

Claims (12)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Systém (způsob a zařízení) k přenosu a rekuperaci tepla z produktů vzniklých při spalování (kouřových plynů) v radiačních a dvoustupňových konvekčních sekcích tvoří v kombinaci:

   (i) palivový hořákový soubor (14) operabilně připojeny proti směru k turbodmychadlu / turbokompresoru (6), je opatřen spouštěcím mechanizmem (1), řečený hořákový soubor operabilně připojený ve směru k výměníku tepla a k systému pro rekuperaci má jeden nebo více přednostně dva výměníky tepla (11,12) typu konvekční výměny tepla a výfuk nebo komín pro výstup spotřebovaných kouřových plynů, řečený spouštěcí přístroj (1) tvoří soubor ejektoru vzduchu, externí potrubí pro přívod vzduchu, externí zdroj dodávky paliva (22), hořák na spalování tekutého / plynného paliva a soubor směšovací komory operabilně připojený ke spouštěcímu zařízení řečeného turbodmýchadla /turbokompresoru a řečený systém k rekuperaci tepla, řečený palivový hořákový soubor obsahuje řízený hořák (3), zdroj zapalování jako je zapalovací transformátor (4), potrubí (5) pro vstup stlačeného vzduchu turbokompresorem a primární kryt (17) pro hořákovou tyč a soubor trysek (18) a přídavný kryt vytvořený ze spalovací komory, která je opatřená v protisměru druhotným směšovacím souborem a souborem (19) k difusi vzduchu.
2. 2. Systém podle nároku 1, vy zn a č u j í c í se tím, že řečené dva výměníky tepla konvekčního typu a řečená spalovací komora (8) drží pohromadě a obsahují společnou kapalinu (15) ve stejném pouzdře nebo odlišné kapaliny, jak je popsáno ve zvláštní příloze týkající se absorpce tepla konvekčním výměníkem tepla.
3. 3. Systém podle nároku 1 a nároku 2, který je parním generátorem, generátorem horké vody, tepelným kapalinovým ohřívačem, teplovzdušným zařízením, generátorem horkých plynů, čerpadlem na absorpci tepla z přímého spalování nebo podobným zařízením (tímto výčtem však není omezen) nebo jejich kombinací, aby pokryl různá uspořádání povrchů k přenosu tepla včetně tahových potrubních konstrukcí (není tím však omezen).

   •16 f
4. 4. Systém podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že kryt hořákového souboru je opatřen zařízením (22) pro detekci plamene a pohledovým portem (21) na příslušném místě.
5. 5. Systém podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že přídavný druhotný kryt má hlavní divergentní sekci, řečená sekce má řadu druhotných portů pro přívod vzduchu nebo trysek, které jsou přizpůsobeny ktomu, aby vstřikovaly sekundární vzduch v příslušném úhlu k příčné ose plamene.
6. 6. Spouštěcí přístroj (1), vhodný pro systém k přenosu a rekuperaci tepla z produktů ze spalování (kouřových plynů) způsobem, který je zde popsán, tvoří soubor dodávky vzduchu jako je ejektor, externí potrubí (2) pro přívod vzduchu, externí zdroj dodávky paliva , spouštěč hořáku (25) a směšovací komoru (28) operabilně spojující řečený spouštěcí přístroj s turbodmýchadlem / turbokompresorem (6) a řečený systém rekuperace tepla.
7. 7. Hořákový soubor vhodný pro systém přenosu a rekuperace tepla z produktů ze spalování (kouřových plynů) způsobem, který je zde popsán, obsahuje řízený hořák (3), zdroj zapalování jako je zapalovací transformátor (4), potrubí (5) pro přívod stlačeného vzduchu a primární kryt (17), ve kterém je umístěna hořáková tyč a soubor trysek (18) a sekundární kryt, který protisměrně má uspořádaný soubor pro směšování sekundárního vzduchu a soubor difuse vzduchu.
8. 8. Hořákový soubor podle nároku 7, vyznačující se tím, že soubor hořáku je opatřen zařízením (22) pro detekci plamene a pohledovým portem (21) na příslušném místě.
9. 9. Hořákový soubor podle nároku 7a 8, vyznačující se tím, že řečený sekundární kryt má hlavní divergentní sekci s řadou portů pro přívod sekundárního vzduchu nebo trysek, které jsou přizpůsobeny k e vstřikování sekundárního vzduchu a příslušném úhlu k příčné ose plamene.

   • 9 · · ·· ·· ·
10. 10. Spouštěcí zařízení vhodné pro systém zde popsaný k přenosu a rekuperaci tepla z produktů spalování (kouřových plynů) s odkazy na Obr. C doprovodných výkresů.
11. 11. Hořákový soubor vhodný pro systém zde popsaný k přenosu a rekuperaci tepla z produktů spalování (kouřových plynů) s odkazy na Obr. B doprovodných výkresů.
12. 12. Systém přenosu a rekuperace tepla z produktů ze spalování (kouřových plynů) v podstatě zde popsaný s odkazy na Obr. A doprovodných výkresů___