Vynález se týká spalovací jednotky, obsahující zejména reakční komoru, opatřenou nejméně jedním odlučovačem částic, kde reakční komora je umístěna v podstatě vertikálně a její stěny jsou provedeny jako teplosměnná plocha s výhodou ve tvaru válcové konstrukce, uvnitř níž proudí teplosměnné médium.

Dosavadní stav techniky

Spalovací jednotka tohoto typu je známá např. z publikace F.A.Zenz, Fluidization and Fluid Particle Systems, Pemm-Corp. Publications, díl II, 1989, str. 333-334. Tato publikace se týká tzv. reaktoru s fluidizačním ložem. Vlivem své konstrukce a průtokových vlastností je však tento reaktor tak nevýhodný, že neexistují žádná praktická provedení, zejména taková provedení, u kterých by byla reakční komora opatřena odlučovačem částic.

Všeobecně je možno říci, že kotle s fluidizačními loži, založené na způsobu recirkulace reakce, ke kterým řešení podle vynálezu patří, se stávají stále více a více populární, protože umožňují redukci oxidu síry a dusíku v emisích na dovolenou úroveň při velmi malých nákladech. Zejména u spalin, obsahujících síru, je ekonomika cirkulačního reaktoru výborná, pokud výkon je menší než 200 MW. V technickém využití je hlavním účelem spalování výroba tepelné energie, která je dále vedena na teplosměnné médium v reakční komoře, kterým je obvykle voda.

Proto stěny reakční komory jsou obvykle vytvořeny trubkovou konstrukcí, složenou z rovnoběžných trubek, a žebrovanými jednotkami, spojujícími tyto trubky dohromady a tvořícími plynotěsnou panelovou konstrukci. Tradičně jsou odlučovač částic a vratný systém pevného materiálu součásti, umístěné odděleně mimo cirkulační reakční komoru. Odlučovač částic a vratný systém normálně sestává z vnější ocelové nosné konstrukce a vnitřní keramické vrstvy, kterou se izoluje ocelová konstrukce od horké suspenze částice-plyn. Výhodou tohoto druhu konstrukce je jednoduchost stavby reaktoru a odlučovače částic. Na praktická použití se využilo velmi mnoho zkušeností. Nevýhodou těchto tradičních konstrukcí je velká prostorová náročnost, protože jak reakční komora, tak odlučovač částic, jsou u těchto provedení v hlavních rozměrech stejné a musí být z konstrukčních důvodů umístěny daleko od sebe. To sebou nese tu nevýhodu, že vratný systém pevného materiálu je konstrukčně komplikovaný, protože musí mít samostatný systém pro ovládání proudu plynu, což se v praxi provádí tak, že se do zpětného vedení umístí samostatné fluidizační lože.

Podstata vynálezu

Tyto nevýhody jsou odstraněny spalovací jednotkou podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že alespoň vnější skříň vertikální reakční komory s odlučovačem částic tvoří trubkovou teplosměnnou plochu s průchodem teplosměnného média uvnitř a vstup spalin do vnější skříně je uspořádán po celém jejím obvodu.

-1CZ 279397 B6

Spalovací jednotka se chová při teplotních změnách během roztápění a doběhu jako jedna jediná jednotka. Její výhody vyniknou zejména tehdy, když je vstup spalin do vnější skříně uspořádán po celém jejím obvodu. Vstup spalin je umístěn ve vnější skříni, což má výhodu v tom, že trubková teplosměnné plocha je využita v první, t.j. vnější skříni a trubky tvoří nosnou konstrukci vstupu spalin tak, aby na ní mohly být vytvořeny lopatky, tlumicí proud spalin.

U jednoho z výhodných provedení je horizontální průřez reakční komory alespoň v místě, kde je umístěn odlučovač částic, kruhový á její osa je totožná s osou skříně odlučovače. Toto řešení představuje ideální konstrukci, která je axiálně symetrická alespoň v místě umístění odlučovače částic.

Přehled obrázků na výkresech

Příklady provedení spalovací jednotky podle vynálezu jsou znázorněny na připojených výkresech, kde na obr. 1 je vertikální řez osou spalovací jednotky, obr. 2 a 3 zobrazují příčný řez A-A z obr. 1 v místě, kde je umístěn vstup spalin, a to ve dvou provedeních a obr. 4 je řezem B-B z obr. 1.

Příklady provedení vynálezu

Spalovací jednotka je určena pro cirkulační proces. Podle obr. 1 sestává z vertikální reakční komory 1, která je ve spodní části opatřena zařízením 4. pro přívod paliva a roštovou konstrukcí 2 s fluidizačním ložem 22 a neznázorněným přívodem vzduchu. V horní části vertikální reakční komory 1 je umístěn alespoň jeden odlučovač 6 částic. Ten sestává z vnitřní skříně 8, uložené ve vnější skříni 1_, která je opatřena vstupem spalin a na její spodní část je napojeno zpětné vedení 10,. To ústi do fluidizačního lože 22. Svislé osy vnější skříně 7 a vnitřní skříně 8. jsou rovnoběžné nebo shodné. Vnitřní skříň 8 je v horní části napojena na následující pracovní stupeň (neznázorněn). Roštová konstrukce 2. je pro přívod spalovacího vzduchu opatřena např. obvyklým systémem trysek (neznázorněno). K tomuto účelu je tam vytvořena vzduchová skříň 3, kterou je spalovací vzduch do systému trysek veden. Dále je opatřena výstupem 5 hrubého materiálu. Nad roštovou konstrukcí 2 je vytvořeno zmíněné fluidizační lože 22. Spaliny v něm vytvořené proudí směrem vzhůru a odnášejí s sebou pevný materiál.

Uvnitř horní části vertikální reakční komory 1 je umístěn odlučovač 6 částic, mající první, t.j. vnější skříň 7 a druhou, t.j. vnitřní skříň 8. S výhodou mají obě kruhový horizontální průřez a jejich osy jsou rovnoběžné nebo shodné a s výhodou jsou shodné i s osou vertikální reakční komory 1. Spodní část vnější skříně 7 je opatřena kuželovou částí 7a, která je symetrická podle svislé osy. Vertikální zpětné vedení 10 má s výhodou kruhový průřez a osu shodnou s osou reakční komory 1. Je spojeno se spodní částí vnější skříně 7. Zpětné vedení 10 prochází vertikálním směrem vnější skříně 7 do spodní části vertikální reakční komory 1 do zóny fluidizačního lože 22. Vnitřní skříň 8 odlučovače 6. částic je ve vertikálním směru podstatně kratší, než vnější skříň 7. Má trubkovitý tvar a její horní část je spojena s neznázorněným dalším pracovním stupněm, následujícím za spalovací jednot

-2CZ 279397 B6 kou. Spaliny jsou zbaveny pevného materiálu ve vnitřní skříni 8 před vstupem do pracovního stupně, který následuje po spalovací jednotce.

S výhodou je alespoň vnější skříň 7 provedena tak, aby tvořila trubkovou teplosměnnou plochu, kterou proudí teplosměnné médium. Také vnitřní skříň χ může být vytvořena jako teplosměnná plocha, složená z rovnoběžných trubek.

je patrno z obr. 1, trubková vertikální reakční komory 1, obsahující teplosměnné médium, uspořádána tak, že tvoří střešní konstrukci la spalovací jednotky a potom alespoň některé trubky, opouštějící prstencovou rozvodnou trubku 11 ve spodní části konce reakční komory 1, vedou do prstencové sběrné trubky 12, která obklopuje vnitřní skříň 8 odlučovače 6 částic, která je připevněna k prstencové sběrné trubce 12. Část trubek, vycházejících z prstencové rozvodné trubky 11, může být Spojena s horní částí reakční komory 1, jak je znázorněno na obr. 1, s druhou prstencovou sběrnou trubkou 12, umístěnou v horní části reakční komory 1. Prstencovou rozvodnou trubkou 11 se přivádí voda, která slouží jako teplosměnné médium, např. trubkovou roštovou konstrukcí 2 do prstencové rozvodné trubky 14, která je umístěna pod zpětným vedením 10., přičemž vertikální trubky 15 představují spojení prstencové rozvodné trubky 14 s druhou prstencovou rozvodnou trubkou 16., která je umístěna ve spodní části zpětného vedení 10. Pak je zpětné vedení 10 jako celek vytvořeno jako teplosměnná plocha, sestávající z vertikálních trubek. Průtok teplosměnného média je proveden zpětným vedením 10 do spodní části vnější skříně 7 a odtud dále konstrukcí vnější skříně 7, 18b do prstencové sběrné trubky tok teplosměnného v podstatě celá plocha.

Jak média spalovací konstrukce, tvořící stěnu je vnější skříně 7 a odtud dále trubkovou vnitřními sběrnými mezikomorami 18a, 17. Z uvedeného vyplývá, že průmůže být jednoduše jednotka slouží proveden tak, že jako teplosměnná

Alternativní obr. 1,. kde 18b, umístěná vá konstrukce 17. Takto se je uvedena též na sběrná mezikomora části vstupu χ spalin, odkud trubkoi vzhůru do prstencové sběrné trubky 2, kde vnější skříně ]_ další prstencová konstrukce znázorněna je těsně u spodní < prochází směrem pak dosáhne konstrukce, znázorněné na obr.

vstup χ spalin je rozložen do několika otvorů, umístěných v určitých vzdálenostech po obvodu vnější skříně χ, přičemž otvory mají s výhodou stejnou velikost, jsou např. pravoúhlé a umístěné na stejné výškové úrovni. Vstup 9 spalin je umístěn v horní části vertikální reakční komory 1 těsně pod střešní konstrukcí la, která slouží jako hradící plocha vertikálního proudu spalin. V závislosti na velikosti spalovací jednotky se pak počet otvorů, uspořádaných ve vstupu 9 spalin, pohybuje mezi 5 a 30. Každý prvek 19 , složený z jedné nebo více trubek, opouštějící sběrnou mezikomoru 18b a uspořádaný v odstupu od obdobného uspořádání uvnitř odpovídající části první, t.j. vnější skříně Ί_ pod sběrnou mezikomorou 18b, je umístěn uvnitř lopatek 20., s výhodou vyrobených z keramického materiálu. Prvky 19 jsou opatřeny neznázorněnými vhodnými úchytkami, např. upevňovacími tyčemi pro účinné vzájemné uchycení keramického materiálu a prvků 19. Řada lopatek 20 je umístěna v obvyklé poloze vzhledem k obvodu vnější skříně 7 tak, aby spaliny proudily zejména tangenciálně do vnitřního prostoru vnější skříně 7 otvory 21. Jak je patrno z obr. 2,

-3CZ 279397 B6 lopatky 20 jsou umístěny uvnitř vnější skříně 7 vždy mezi dvěma sousedícími otvory 21.

Průřez vertikální reakční komory 1 je tedy alespoň v místě, kde je upraven odlučovač 6 částic, kruhový a jeho osa je shodná s vertikální osou vnější skříně 7 a/nebo vnitřní skříně 8.

Podle obr. 3 pak nejsou provedeny žádné sběrné mezikomory 18b, a trubky vnější skříně 7 pokračují společné z první sběrné komory 18a vzhůru do prstencové sběrné trubky 17 nad střešní konstrukcí la. V tomto případě se keramickými lopatkami 20 upravují ty části- trubkové teplosměnné plochy vnější skříně 7., které jsou umístěny ů vstupu 9 spalin. Tyto části jsou všechny vyhnuty z povrchové roviny skříně tak, aby byly umístěny uvnitř oblasti horizontálního průřezu příslušné lopatky 20 a jsou opatřeny upevňovacími prvky, aby se dosáhlo spojení mezi těmito částmi a keramickým materiálem.

V tomto provedení průřez každé lopatky 20 obsahuje tři trubky 19a, 19b, 19c, z nichž jedna je umístěna v rovině vnější skříně 7, další je vyhnuta směrem dovnitř a třetí pak směrem ven, vzhledem k vnější skříni 7 (neznázorněno). Je tak vytvořena řada lopatek 20, které jsou částečně umístěny vně vnější skříně 7, t.j. ta část, která je umístěna uvnitř okrajové oblasti vstupu 9 spalin lopatek 20. Je přirozeně obvyklé, že zahnutí trubek může být provedeno tak, aby se dosáhla konstrukce podle obr. 2, u které jsou lopatky 20 umístěny úplně celé uvnitř vnější skříně 7. V tomto případě všechny trubky, které musí být ohnuty, jsou vyhnuty směrem dovnitř vnější skříně 7.

Obr. 4 pak znázorňuje řez B-B z obr. 1 a vztahuje se na něj popis provedení podle obr. 2.

Průmyslová využitelnost

Spalovací jednotka podle vynálezu je využitelná zejména v teplárnách.