CZ303224B6 - Zpusob spalování balíku biomasy a kotel k provádení tohoto zpusobu - Google Patents

Abstract

Zpusob spalování balíku biomasy v kotli s regulovaným prívodem spalovacího vzduchu privádeného prostrednictvím dmychadla nebo odtahového ventilátoru spalin do spalovací komory alespon jednou tryskou ve smeru promenném ve vertikální rovine spocívá v tom, že spalovací vzduch je po celou dobu horení balíku priváden v podstate tangenciálne k horní horicí ploše balíku a odvod spalin probíhá ve smyslu privádeného vzduchu. Kotel k provádení tohoto zpusobu má alespon jednu trysku (7) pro prívod spalovacího vzduchu, která smeruje ze steny jeho spalovací komory (2) v podstate v úrovni horní plochy balíku (3) a která je otocná kolem vodorovné osy, pricemž odvod spalin z komory (2) se nachází v míste protilehlém trysce (7).

Description

Vynález se týká způsobu spalování vysušené biomasy slisované do balíků, případně hromady štěpků nebo i kusového dřeva, v kotli s regulovatelným přívodem spalovacího vzduchu a dále se týká kotle k provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Jednou z možností energetického spalování biomasy v podobě stébelnin, jako je sláma z obilí, seno, energetické traviny apod., je spalování celých balíků slisované biomasy. Obdobou je spalo15 vání hromady štěpků. Spaluje se v teplovodních, horkovodních případně i parních kotlích malého a středního výkonu. Biomasa musí být vysušená na přiměřenou vlhkost pod 15 % hmotn., aby spalování probíhalo bez nežádoucí zvýšené tvorby zbytkových uhlovodíků a CO ve spalinách. Celé balíky jsou vloženy do spalovací komory vhodným manipulačním prostředkem a uzavřeny vstupními vraty. Následně se zapálí celý balík resp. hromada štěpků, který pak postupně odhořívá po dobu několika hodin, podle velikosti kotle a velikosti příslušného balíku. Po dohoření balíku biomasy zůstávají na dně spalovací komory žhavé částice popela, které se mechanicky odstraní nebo se na né přiloží nový balík biomasy resp. další hromada Štěpků a celý cyklus se opakuje. U známých spalovacích zařízení nelze jednoznačně regulovat poměr palivo - vzduch, protože po zapálení celého balíku dojde k prudkému vývinu tepla a k zapálení velkého objemu a povrchu hmoty najednou. Tento stav se projeví vysokým tepelným výkonem kotle a spalování probíhá s nízkým případně záporným přebytkem vzduchu a současně vysokými emisemi CO, C_xH_y a tuhých znečisťujících látek v podobě sazí. V další fází odhořívání celého balíku resp. hromady štěpků se spalovací poměry vyrovnávají a po jistou dobu vykazuje kotel přiměřeně nízké emise a plní i příslušné emisní limity. Následuje fáze dohořívání, kdy spalování probíhá za vysokého přebytku vzduchu, při nízkém tepelném výkonu kotle a nárůstu emisí převážně v podobě CO. U známých kotlů tohoto druhu je snaha ovlivnit nepříznivý průběh spalování výběrem vhodného místa přívodu vzduchu do spalovací komory, případně použitím sekundárního nebo dohořívacího vzduchu. Přitom přívod spalovacího vzduchu se u známých kotlů na spalování biomasy děje po většinu doby hoření v podstatě kolmo na hořící povrch balíku resp. hromady štěpků. Přes řadu opatření se však ve stávajících kotlích zvýšené emise v průběhu zapalování a dohořívání odstranit jednoznačně nepodařilo.

Ze spisu DK 21786 je znám kotel na spalování balíků slámy, který je opatřen přívodem spalovacího vzduchu s možností naklápění přiváděči trysky. Účelem má být přívod spalovacího vzduchu do libovolného místa spalovací komory podle potřeby. Tryska je zde však zaústěna pod homí stranu balíku, což vede přinejmenším alespoň po část doby odhořívání k uvedeným negativním jevům. Přitom spaliny vznikající pri hoření homí strany balíku jsou vedeny zpět proti směru spalovacího vzduchu. To vede k turbulenci v prostoru nad balíkem, která má za následek spontánní neregulovatelné prohořívání objemu biomasy.

Ve spisu AT 401290 se popisuje cyklonový kotel ke spalování nakypřené slámy, která je přiváděna šnekovým podavačem v ose spodní části cyklonu a vytváří nad podavačem v podstatě konstantní hromadu. Předmětem ochrany je zde uspořádání podavače, odvod popela a spodní přívod primárního vzduchu. Přívod sekundárního vzduchuje tvořen pevnými tryskami uspořáda50 nými po obvodu spalovací komory, za účelem vytvoření cyklonového efektu tangenciálně zaústěnými nad hromadou nakypřené slámy. Jedná se o poměrně složité zařízení, ve kterém nelze spalovat slámu v podobě slisovaných balíků.

Vynález si klade za úkol navrhnout způsob spalování vysušené biomasy slisované do balíků resp. hromady štěpků, který by v podstatě omezil nevýhody známých řešení, a navrhnout i kotel k provádění tohoto způsobu.

Podstata vynálezu

Podstata způsobu spalování balíků biomasy v kotli s regulovaným přívodem spalovacího vzduchu přiváděného prostřednictvím dmychadla nebo odtahového ventilátoru spalin do spalovací koio mory alespoň jednou tryskou ve směru proměnném ve vertikální rovině spočívá v tom, že spalovací vzduch je po celou dobu hoření balíku přiváděn v podstatě tangenciálně k horní hořící ploše balíku a odvod spalin probíhá ve smyslu přiváděného vzduchu. Obdobný způsob spalování lze shodně aplikovat i v případě, že se namísto balíku stébelnin spaluje hromada štěpků nebo kusového dřeva.

Kotel k provádění tohoto způsobu může mít alespoň jednu trysku pro přívod spalovacího vzduchu, která směřuje ze stěny jeho spalovací komory v podstatě v úrovni horní plochy balíku a která je otočná kolem vodorovné osy, přičemž odvod spalin z komory se nachází v místě protilehlém trysce.

V jiném provedení může mít kotel k provádění tohoto způsobu alespoň jeden vějíř trysek pod přívod spalovacího vzduchu situovaných ve svislé rovině, který směřuje ze stěny jeho spalovací komory v podstatě v úrovni horní plochy balíku, trysky jsou opatřeny ovládacím zařízením k zajištění průchodnosti právě jedné trysky, přičemž odvod spalin z komory se nachází v místě proti25 lehlém vějíři trysek.

Kotel může mít pohon dmychadla nebo odtahového ventilátoru spalin i zařízení k ovládání otočné trysky resp. průchodnosti trysek vějíře napojeno na řídicí jednotku, na jejímž vstupu jsou případně čidla analyzující složení spalin a čidlo teploty spalin na výstupu z kotle.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále objasněn pomocí výkresu, na němž obr. 1 představuje v podélném řezu výhodné provedení kotle ke spalování hranatých balíků slámy, které je opatřeno otočnou tryskou, obr. 2 je příčný řez tímto kotlem, obr. 3 a 4 představují provedení kotle ke spalování válcových balíků slámy, opatřené vějířem trysek, a to obr. 3 v podélném a obr. 4 v příčném řezu.

Příklady provedení vynálezu

Kotle ke spalování balíků slámy podle obr. 1 až 4 jsou tvořeny pláštěm I, v němž se nachází vodní prostor a válcovou spalovací komorou 2, která slouží ke vložení a spálení balíku 3 slámy.

V jedné čelní stěně 4 spalovací komory 2 je přívod spalovacího vzduchu, na opačném konci je odvod spalin. Spaliny pak procházejí prvním a druhým tahem 5, 6. V provedení podle obr. 1 a 2 je vzduch do spalovací komory 2 přiváděn tryskou 7 otočnou kolem vodorovné osy, která vyčnívá ze stěny spalovací komory 2 v úrovni horní plochy balíku 3. Do trysky 7 je spalovací vzduch hnán dmychadlem 8, Je běžné, že přívod vzduchu může zajišťovat rovněž odtahový ventilátor spalin, případně v kombinaci s dmychadlem 8. V provedení podle obr. 3 a 4 je otočná tryska na50 hrazena vějířem 9 trysek, které směřují paprsčitě dovnitř komory 2, Přitom otočná válcová clona JO utěsňuje vstup do všech trysek vějíře 9 kromě jedné. Pohon dmychadla 8 i zařízení k ovládání otočné trysky 7 v provedení podle obr. 1 a 2 resp. válcové clony Π) v provedení podle obr. 3 a 4 jsou napojena na řídicí jednotku, na jejímž vstupu jsou čidla analyzující složení spalin a čidlo teploty spalin na výstupu.

-2CZ 303224 B6

V kotlích podle obr. 1 až 4 je zajištěn přívod vzduchu postupně do různých míst spalovací komory 2 a to tak, že dochází k vyrovnání poměru palivo - vzduch po celou dobu spalování balíku 3. Na začátku spalovacího cyklu je vzduch přiváděn nad horní zapálenou plochu balíku 3, takže spalování probíhá pouze v jeho horní části. Přitom jednosměrné prodění vzduchu a spalin umož5 ňuje držet hoření pod kontrolou. Po odhoření horní části balíku 3 se přívod vzduchu postupně posouvá do nižších úrovní a tak se zajišťuje trvalý optimální poměr palivo - vzduch. Při dohořívání balíku se spalovací vzduch fouká pouze do dolní části balíku - tryska 7 je sklopena do spodní polohy resp. je uvolněn průchod do spodní trysky vějíře 9 trysek. Pokud je spalování řízeno počítačem, reguluje se automaticky směr přívodu vzduchu i jeho množství na základě kontinuálio ně měřených hodnot složení spalin na výstupu ajejich teploty.

V popsaných kotlích lze se shodným výsledkem spalovat vedle balíků stébelnin i vysušené štěpky nebo kusové dřevo tvořící hromadu ve spalovací komoře 2. Na počátku spalování se horní strana hromady nachází v podstatě na úrovni trysky 7 resp. vějíře 9 trysek a průběh spalování je obdobný jako u balíků.

Navrhované řešení umožní podstatně snížit sledované plynné škodliviny ve spalinách od samého začátku spalovacího procesu. Umožní regulaci výkonu zařízení v průběhu spalování bez vlivu na přebytek vzduchu ve spalinách a rovněž umožní snadné zapálení biomasy a lepší vyhoření zbytků hořlaviny v popelu na dně spalovací komory.

Claims (3)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob spalování balíků biomasy v kotli s regulovaným přívodem spalovacího vzduchu přiváděného prostřednictvím dmychadla nebo odtahového ventilátoru spalin do spalovací komory

   30 alespoň jednou tryskou ve směru proměnném ve vertikální rovině, vyznačující se tím, že spalovací vzduch je po celou dobu hoření balíku přiváděn v podstatě tangenciálně k horní hořící ploše balíku a odvod spalin probíhá ve smyslu přiváděného vzduchu.
2. 2. Kotel kprovádění způsobu podle nároku 1, vyznačující se tím, že má alespoň

   35 jednu trysku (7) pro přívod spalovacího vzduchu, která směruje ze stěny jeho spalovací komory (2) v podstatě v úrovni horní plochy balíku (3) a kteráje otočná kolem vodorovné osy, přičemž odvod spalin z komory (2) se nachází v místě protilehlém trysce (7).
3. 3. Kotel kprovádění způsobu podle nároku 1, vyznačující se tím, že má alespoň

   40 jeden vějíř (9) trysek pro přívod spalovacího vzduchu situovaných ve svislé rovině, který směřuje ze stěny jeho spalovací komory (2) v podstatě v úrovni horní plochy balíku (3), trysky jsou opatřeny ovládacím zařízením k zajištění průchodnosti právě jedné trysky, přičemž odvod spalin z komory (2) se nachází v místě protilehlém vějíři (9) trysek.

   45 4. Kotel podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že má pohon dmychadla (8) nebo odtahového ventilátoru spalin i zařízení k ovládání otočné trysky (7) resp. průchodnosti trysek vějíře (9) napojeno na řídicí jednotku, na jejímž vstupu jsou případně čidla analyzující složení spalin a čidlo teploty spalin na výstupu z kotle.