CZ304869B6 - Rošt pro spalovací zařízení zejména pro spalování pelet na bázi biomasy - Google Patents

Abstract

Rošt (1) pro spalovací zařízení umožňuje provádět kontinuální proces spalování, při kterém je palivo (3) spalováno s vysokou efektivitou a po svém vyhoření je kontinuálně odváděno ze spalovací komory (17). Rošt (1) je tvořen alespoň dvěma otočnými spalovacími válci (4), které jsou opatřeny transportními segmenty (5) uspořádanými na osách spalovacích válců (4), alespoň jedním prvním rozdružovacím válcem (8) opatřeným rozdružovacími segmenty (9) uspořádanými na ose prvního rozdružovacího válce (8), který rozdružuje spečené palivo (3) a regulační přepážkou (7) uspořádanou za alespoň jedním spalovacím válcem (4) ve směru transportu paliva (3), která ovlivňuje proudění spalovacího vzduchu přiváděného pod rošt (1) spalovacího zařízení (2).

Description

Vynález se týká roštu pro spalovací zařízení zejména pro spalování pelet z biomasy, které při hoření tvoří agregáty snižující kvalitu probíhajícího spalovacího procesu a obtížně se odstraňují ze spalovacího prostoru.

Dosavadní stav techniky

Jsou známa spalovací zařízení, ve kterých jsou používané pásové rošty, které transportují spalovaný materiál skrz spalovací komoru spalovacího zařízení. Pásy jsou konstruovány z jednotlivých segmentů tak, že mezi segmenty jsou ponechány průchody pro přívod spalovacího vzduchu. Nevýhoda pásových roštů spočívá v tom, že průduchy pro přívod spalovacího vzduchu se zanášejí, že materiál tvoří agregáty, které zcela neprohoří a neshoří, pásový rošt se hůře ochlazuje a může být vlivem vysokých teplot poškozen.

Dalším známým typem roštů, které se používají ve spalovacích zařízeních, jsou rošty pevné. Tyto rošty mají uplatnění spíše v menších spalovacích zařízeních, kde se palivo do spalovací komory distribuuje v dávkách. Nevýhoda takového řešení spočívá v tom, že hořící palivo vytváří agregáty, které zcela neshoří a připékají se k roštu, dále se zbytky paliva odstraňují převážně po dávkách, kdy může dojít k zasažení ohniska hoření, což může vést k požárnímu ohrožení při vyjmutí nedohořelého paliva s popelem ze spalovacího zařízení, nebo k částečnému uhašení probíhajícího spalování při nechtěném odebrání hořícího paliva.

Také jsou známy otočné válcové rošty pro spalovací zařízení. Patentový spis CZ 26531 popisuje válcový rošt s děleným pláštěm opatřeným otvory pro průchod spalovacího vzduchu. Na roštu se spaluje palivo, jak se rošt otáčí, působením gravitace se jednotlivé díly pláště odklopí z válcové struktury, sesypou a poodhrnou popel po dnu spalovací komory, který je následně přibýváním dalšího popele odhrnut ze dna spalovací komory. Jak se válcový rošt dále otáčí, působením gravitace se díl pláště opět přiklopí do válcové struktury a další palivo může být spalováno. Nevýhoda řešení spočívá v tom, že spečené zbytky paliva mohou způsobit zablokování odklopných dílů pláště a zanesení válcového roštu.

V jiném patentovém dokumentu CZ 15969 je proveden otočný válcový rošt jako duté těleso, jehož vnější povrch je sestaven ze segmentů opatřených výstupky, které při sestavení vnějšího povrchu vytvoří v povrchu otvory pro průchod spalovacího vzduchu. Nevýhoda řešení spočívá v tom, že vzniklý agregát odhořeného paliva po hladkém povrchu válcového roštu klouže a není transportován pryč. To snižuje efektivitu spalování, způsobuje hromadění paliva a agregátů vyhořeného paliva na roštu, a následné zanesení roštu, kdy je nutno spalovací zařízení odstavit a rošt vyčistit.

V americkém patentovém dokumentu US 4610209 je znám válcový rošt pro spalovací zařízení, který sestává z válců umístěných v nakloněné rovině. V mezerách mezi válci jsou umístěny škrabky, které čistí povrch rotujících válců a zabraňují spadávání spalovaného materiálu pod válce. V povrchu válcového roštu jsou vytvořeny otvory pro proudění spalovacího vzduchu. Nevýhoda řešení spočívá v tom, že vzniklé agregáty vyhořeného paliva opouštějí spalovací komoru v celku, což může způsobit omezení průchodnosti paliva u výstupu ze spalovací komory, nebo vzniklé agregáty strhávají při svém samovolném pohybu po svažující se rovině hořící palivo, které nestihne efektivně předat své teplo. Provedení otvorů pro vzduch umožňuje jejich časté zanášení a ucpání přívodu spalovacího vzduchu.

- 1 CZ 304869 B6

Úkolem vynálezu je vytvoření spalovacího roštu, který bude odstraňovat výše uvedené nevýhody a umožní efektivní a kompletní spalování paliva, bude zcela odstraňovat agregáty paliva vzniklé hořením, bude rovnoměrně transportovat spalované palivo spalovací komorou zařízení, bude odolný vůči poškození vlivem působení vysokých teplot a bude vhodný pro kontinuální automatický provoz spalovacího zařízení. Speciálně musí být vhodný pro spalování peletek ze sena, které v ničem dobře nehoří, vytváří spečence a všechny rošty ucpou.

Podstata vynálezu

Vytčený úkol je vyřešen vytvořením roštu pro spalovací zařízení zejména pro spalování pelet na bázi biomasy. Rošt zahrnuje alespoň dva stejnosměrně otočné spalovací válce, na které je kontinuálně přiváděno palivo. Otáčející se spalovací válce jsou uspořádané paralelně vedle sebe tak, že jejich tečny leží ve společné rovině, a dále jsou spalovací válce opatřené průchody pro spalovací vzduch přiváděný pod rošt.

Podstata roštu podle vynálezu spočívá v tom, že spalovací válce jsou opatřeny transportními segmenty uspořádanými s axiální roztečí radiálně na osách spalovacích válců, přičemž vnější obvod transportních segmentů vykazuje transportní výstupky. Za alespoň jedním spalovacím válcem je ve směru transportu paliva uspořádaná regulační přepážka pro usměrnění toku spalovacího vzduchu. Dále je na roštu za posledním spalovacím válcem ve směru transportu paliva uspořádán alespoň jeden první rozdružovací válec, otočný stejně jako spalovací válce, pro rozdružení spečeného paliva, který je opatřený rozdružovacími segmenty uspořádanými s axiální roztečí radiálně na ose prvního rozdružovacího válce, přičemž vnější obvod rozdružovacích segmentů vykazuje rozdružovací výstupky.

Spalovací válce s transportními segmenty kladou malý odpor proudícímu spalovacímu vzduchu při zachování dobré efektivity chlazení spalovacího válce a dále transportní segmenty opatřené transportními výstupky snadněji zachytávají a přesouvají palivo na sousední spalovací válec, než je tomu u hladkých válců roštů. Regulační přepážky mezi sousedícími spalovacími válci rozvádí spalovací vzduch rovnoměrně pod celým roštem. Spečené palivo, případně jeho zbytky jsou transportovány k rozdružovacím válcům, které spečence z paliva rozdruží působením tlakové síly jednotlivých rozdružovacích výstupků na spečence z paliva, a drobné kousky spečeného paliva propadnou pod rozdružovací válce.

Ve výhodném provedení roštu podle vynálezu je společná rovina tečen spalovacích válců nakloněnou rovinou a s vodorovnou rovinou svírá úhel o velikosti v rozmezí od 10° do 20°. Mírné naklonění roviny vylepšuje průběh transportu hořícího paliva.

V dalším výhodném provedení roštu podle vynálezu je rošt opatřen druhým rozdružovacím válcem, který je otočný protisměrně než první rozdružovací válec a který je uspořádán nad prvním rozdružovacím válcem tak, že osa druhého rozdružovacího válce se nachází ve směru transportu paliva za vertikální rovinou procházející osou prvního rozdružovacího válce, přičemž vnější obvod rozdružovacího válce je opatřen rozdružovacími segmenty uspořádanými s axiální roztečí radiálně na ose druhého rozdružovacího válce, přičemž vnější obvod rozdružovacích segmentů vykazuje rozdružovací výstupky. Takto uspořádané rozdružovací válce snadněji rozdruží rozměrnější spečence paliva, neboť tyto agregáty jsou v podstatě vtaženy mezi rozdružovací válce.

V jiném výhodném provedení roštu podle vynálezu rozdružovací výstupky druhého rozdružovacího válce zasahují do mezer mezi rozdružovacími segmenty prvního rozdružovacího válce. Při drcení spečeného paliva mezi protilehlými rozdružovacími výstupky rozdružovacích válců dochází k namáhání uložení rozdružovacích válců. V případě že rozdružovací výstupky zasahují do roztečí mezi jednotlivými rozdružovacími segmenty, je spečené palivo drceno v mezerách a propadá snadno mezerami mezi rozdružovacími segmenty pod rozdružovací válce.

-2CZ 304869 B6

V dalším výhodném provedení roštu podle vynálezu jsou spalovací válce a alespoň jeden rozdružovací válec uspořádány ve spalovacím modulu mezi nosné boční stěny spalovacího modulu, který je opatřen alespoň jedním pohonem a alespoň jednou převodovkou, přičemž je spalovací modul uspořádán ve spalovacím zařízení vyjímatelně. Při servisní kontrole, nebo výměně roštu se ze spalovacího zařízení vyjme celý spalovací modul, aniž by bylo nutno zasahovat do ostatních částí spalovacího zařízení.

V dalším výhodném provedení vynálezu je rošt opatřen čtyřmi spalovacími válci. Čtyři spalovací válce podle výsledků testů plně dostačují nejpoužívanější velikosti spalovacího zařízení. Více spalovacích válců spalovacímu zařízení této velikosti už nepřináší žádný další podstatnější efekt. Pro výkonově velká spalovací zařízení se počet spalovacích válců může navýšit, u výkonově malých spalovacích zařízení zase snížit.

V dalším výhodném provedení roštu podle vynálezu mají na povrchu transportní výstupky tvar části kružnice. Většina pelet je vyráběna ve formě válečků a proto je žádoucí využít při transportu paliva do roštu jejich přirozenou valívost, které by transportní výstupky s ostrým tvarem bránily.

V jiném výhodném provedení roštu podle vynálezu má rozdružovací výstupek tvar komolého jehlanu. Komolá plocha má dostatečný rozdružovací efekt a současně vysokou životnost.

V dalším výhodném provedení roštu podle vynálezu je pod prvním rozdružovacím válcem uspořádán vynášecí šnek pro odvod rozdružených zbytků spečeného a vyhořelého paliva. Vynášecí šnek kontinuálně odvádí zbytky pro spalování pryč ze spalovacího zařízení a tak nedochází k hromadění materiálu uvnitř spalovacího zařízení při kontinuálním provozu. Zařízení je zcela automatické.

V neposledním výhodném provedení roštu podle vynálezu je rozteč mezi transportními segmenty následujícího spalovacího válce ve směru paliva stejná nebo větší, než rozteč mezi transportními segmenty předcházejících spalovacího válce. Na prvním spalovacím válci je dodané palivo neporušené a zapaluje se, jak postupně hoří, vytváří palivo spečence a strusku, které jsou rozměrově větší než peletky, a proto již není nutné na následujících spalovacích válcích mít malé rozteče mezi transportními segmenty.

Výhody roštu vytvořeného podle vynálezu spočívají v tom, že je vhodný pro kontinuální provoz spalovacího zařízení, který nevyžaduje neustálou obsluhu, dodané palivo je na roštu spáleno efektivně, při odvádění vyhořeného paliva se netvoří ucpávky ze spečenců, palivové pelety se rovnoměrnou rychlostí transportují po celém roštu a rošt se nepřehřívá, neboť je dobře chlazen proudícím spalovacím vzduchem. Vynález je vhodný zejména pro peletky vyrobené ze sena, které jsou na spalování nej horší, tvoří spečence a nejdou spalovat jinde, efektivním způsobem, aniž by nevytvářeli strusku a spečence. Na takto konstrukčně řešeném roštu lze samozřejmě spalovat i ostatní agropelety, obilí, ale i jiné biologické odpady včetně dřevních štěpků.

Objasnění výkresů

Vynález bude blíže objasněn pomocí obrázků na výkresech, na nichž znázorňují obr. 1 perspektivní pohled na rošt spalovacího zařízení, obr. 2 znázorňuje pohled shora na rošt spalovacího zařízení, obr. 3 znázorňuje pohled z boku na rošt opatřený jedním rozdružovacím válcem, obr. 4 znázorňuje boční řez spalovací komorou spalovacího zařízení opatřeného roštem podle vynálezu, obr. 5 znázorňuje spalovací zařízení a obr. 6 znázorňuje pohled na zadní stranu spalovacího modulu s pohonným zařízením.

-3CZ 304869 B6

Příklady uskutečnění vynálezu

Rozumí se, že dále popsané a zobrazené konkrétní příklady uskutečnění vynálezu jsou představovány pro ilustraci, nikoli jako omezení příkladů provedení vynálezu na uvedení případy. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zjistit za použití rutinního experimentování větší, či menší počet ekvivalentů ke specifickým uskutečněním vynálezu, která jsou zde speciálně popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následujících nároků na ochranu.

Na obr. 1 je znázorněn perspektivní pohled na rošt I pro spalovací zařízení 2. Rošt i zahrnuje čtyři otočné spalovací válce 4, které jsou uspořádány tak, že společná nakloněna rovina tečen spalovacích válců 4 svírá s vodorovnou rovinou úhel a o velikosti 15°.

Jednotlivé spalovací válce 4 jsou opatřeny transportními segmenty 5, které jsou vyrobeny z litiny. Transportní segment 5 je v podstatě kruhového tvaru, po jehož obvodu jsou uspořádány transportní výstupky 6. Transportní výstupky 6 mají tvar kruhové úseče. Transportní segmenty 5 jsou na osu otočného spalovacího válce 4 navařeny tak, že mezi sousedními transportními segmenty 5 prvního spalovacího válce 4 ve směru transportu paliva 3 je axiální rozteč t o velikosti 2 mm, přiěemž na posledním spalovacím válci 4 ve směru transportu paliva 3 je axiální rozteč t mezi transportními segmenty 5 5 mm.

Za spalovacím válcem 4 je ve směru transportu paliva 3 nainstalovaná regulační přepážka 7, která ovlivňuje proudění spalovacího vzduchu přivedeného pod rošt J_. Skrze jednotlivé spalovací válce 4 se spalovací vzduch se do ohniska spalování dostane axiálními roztečemi t mezi transportními segmenty 5.

Součástí roštu i vyobrazeného na obr. 1 jsou první rozdružovací válec 8 a druhý rozdružovací válec JT· Rozdružovací válce 8, Ujsou opatřeny rozdružovacími segmenty 9, které jsou opatřeny rozdružovacími výstupky 10 o tvaru komolého čtyřbokého jehlanu. Rozdružovací segmenty 9 jsou vyrobeny z litiny, jak odlitky, nebo mohou být vyrobeny ze žáruvzdorné oceli ve formě výpalků a jsou uspořádány na osách rozdružovacích válců 8, 11 tak, že mezi párem sousedících rozdružovacích segmentů 9 je rozteč T o velikosti 8 mm. Rozdružovací výstupky 10 rozdružovacích segmentů 9 druhého rozdružovacího válce 11 zabíhají do mezer mezi rozdružovacími segmenty 9 prvního rozdružovacího válce 8. Tudíž rozdružovací válce 8, 11 vzájemně nezabírají, viz obr. 2.

Na obr. 3 je schematicky z boku vyobrazen rošt 1 s pouze prvním rozdružovacím válcem 8, který spečené palivo 3 rozdruží mezi rozdružovacími výstupky 10 a pevnou stěnou 16 spalovací komory 17.

Na obr. 4 je vyobrazen boční pohled na část spalovacího zařízení 2, která zahrnuje přívod 18 paliva 3 na spalovací válce 4 roštu 1, spalovací komoru 17, rozdružovací válec 8 a druhý rozdružovací válec 11 a vynášecí šnek 15.

Na obr. 5 je vyobrazeno spalovací zařízení 2, které je opatřeno tepelným výměníkem 19 nad spalovací komorou 17.

Spalovací modul 14 roštu 1 vyobrazený ve výřezu na obr. 6, ve kterém jsou uspořádány spalovací válce 4 a rozdružovací válce 8, 11 mezi nosné boční stěny 20 spalovacího modulu 14, zahrnuje dále převodovku 13 a pohon 12. Nosné boční stěny 20 spalovacího modulu 14 se nevyobrazenými spojovacími prostředky upevní ke konstrukci spalovacího zařízení 2 tak, že nejprve se upevní jedna nosná boční stěna 20, následně se do ní usadí osy válců 4, 8, 11 roštu 1 a upevní se zbylá boční stěna 20. Nakonec je k jedné z nosných bočních stěn 20 přidělána převodovka 13 a pohon 12.

-4CZ 304869 B6

Rošt 1 podle vynálezu pracuje tak, že do spalovací komory 17 jsou pomocí přívodu j_8 paliva 3 přivedeny senné peletky, případně jiné agropeletky, nebo dřevné štěpky. Z ústí přívodu 18 paliva 3 peletky dopadnou na spalovací válec 4, který je první v pořadí ve směru transportu paliva 3. Otáčením v pořadí prvního spalovacího válce 4 se peletky rozprostřou po celé délce spalovacího válce 4 a začnou se zapalovat od přítomného žáru. Zahoření peletek je podporováno přiváděným spalovacím vzduchem, který proudí mezerami mezi transportními segmenty 5 spalovacího válce

4. Otáčením spalovacího válce 4 dochází k transportu peletek na další následující spalovací válce 4, kde se peletky silně rozhoří a dochází k efektivnímu spalování.

Díky neustálému otáčení spalovacích válců 4 a působení transportních výstupků 6 se peletky při spalování pohybují a dochází k redukci jejich vzájemného spékání. Spalovací vzduch, který je dělen do několika odlišných proudů pomocí regulačních přepážek 7, prochází spalovacími válci 4 a podporuje vysokoteplotní hoření, při kterém dochází k rozkladu spalin na prostý oxid uhličitý a další málo nebezpečné sloučeniny.

Na posledním spalovacím válci 4 ve směru transportu paliva 3 jsou senné peletky z většiny již spálené. Některé se rozpadly na popel v průběhu spalování, jiné ztvrdli nebo vytvořily spečence, které za prvé ve svém nitru ještě žhnou a za druhé by bránily odstraňování vyhořelého paliva 3 ze spalovacího zařízení 2. Tyto spečence paliva 3 jsou transportovány na první rozdružovací válec 8, který se otáčí ve směru spalovacích válců 4. Do mezer mezi rozdružovacími segmenty 9 prvního rozdružovacího 8 válce zasahují rozdružovací výstupky 10 druhého rozdružovacího válce 11, který se otáčí v proti směru otáčení spalovacích válců 4 a je uspořádán za svislou rovinou procházející osou prvního rozdružovacího válce 8.

Spečené palivo 3 je vztaženo mezi rozdružovací výstupky 10 obou rozdružovacích válců 8, 14 a po rozdružení propadá mezerami mezi rozdružovacími segmenty 9 do vynášecího šneku j_5. Díky přítomnému vzduchu rozdružená jádra spečenců paliva 3 dohoří iychleji a sníží se požární riziko, neboť popel rychleji chladne. Celý proces ve spalovacím zařízení 2 probíhá kontinuálně, je plně automatizován a přítomnost obsluhy je přivolána pouze v neočekávaných situacích.

Průmyslová využitelnost

Rošt pro spalovací zařízení podle vynálezu bude využíván zejména pro spalování pelet na bázi biomasy, které se při hoření spékají a vytvářejí agregáty zabraňující efektivnímu spalování.

Claims (10)

1. Rošt (1) pro spalovací zařízení (2), zejména pro spalování pelet na bázi biomasy, zahrnující alespoň dva stejnosměrně otočné spalovací válce (4), na které je kontinuálně přiváděno palivo (3), uspořádané paralelně vedle sebe tak, že jejich tečny leží ve společné rovině, a opatřené průchody pro spalovací vzduch přiváděný pod rošt (1), vyznačující se tím, že spalovací válce (4) jsou opatřeny transportními segmenty (5) uspořádanými s axiální roztečí (t) radiálně na osách spalovacích válců (4), přičemž vnější obvod transportních segmentů (5) vykazuje transportní výstupky (6), za alespoň jedním spalovacím válcem (4) je ve směru transportu paliva (3) uspořádaná regulační přepážka (7) pro usměrnění toku spalovacího vzduchu, a za posledním spalovacím válcem (4) ve směru transportu paliva (3) je uspořádán alespoň jeden první rozdružovací válec (8) otočný stejně jako spalovací válce (4), opatřený rozdružovacími segmenty (9) uspořádanými s axiální roztečí (T) radiálně na ose prvního rozdružovacího válce (8), přičemž vnější obvod rozdružovacích segmentů (9) vykazuje rozdružovací výstupky (10).

-5CZ 304869 B6

2. Rošt podle nároku 1, vyznačující se tím, že společná rovina tečen spalovacích válců (4) je nakloněná rovina a svírá s vodorovnou rovinou úhel (a) o velikosti v rozmezí od 10° do 20°.

3. Rošt podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že je opatřen druhým rozdružovacím válcem (11), který je uspořádán nad prvním rozdružovacím válcem (8) tak, že osa druhého rozdružovacího válce (11) se nachází ve směru transportu paliva (3) za vertikální rovinou procházející osou prvního rozdružovacího válce (8) aje otočný protisměrně než první rozdružovací válec (8), přičemž vnější obvod druhého rozdružovacího válce (11) je opatřen rozdružovacími segmenty (9) uspořádanými s axiální roztečí (T) radiálně na ose druhého rozdružovacího válce (11) a vnější obvod rozdružovacích segmentů (9) vykazuje rozdružovací výstupky (10).

4. Rošt podle nároku 3, vyznačující se tím, že rozdružovací výstupky (10) druhého rozdružovacího válce (11) zasahují do mezer mezi rozdružovacími segmenty (9) prvního rozdružovacího válce (8).

5. Rošt podle alespoň jednoho z nároků laž4, vyznačující se tím, že spalovací válce (4) a alespoň jeden rozdružovací válec (8) jsou uspořádány mezi nosné boční stěny (20) spalovacího modulu (14), který je opatřen alespoň jedním pohonem (12) a alespoň jednou převodovkou (13), přičemž je modul (14) vyjímatelně uspořádán ve spalovacím zařízení (2).

6. Rošt podle alespoň jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že je opatřen čtyřmi spalovacími válci (4).

7. Rošt podle alespoň jednoho z nároků laž6, vyznačující se tím, že povrch každého transportního výstupku (6) má tvar části kružnice.

8. Rošt podle alespoň jednoho z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že rozdružovací výstupek (10) má tvar komolého jehlanu.

9. Rošt podle alespoň jednoho z nároků laž8, vyznačující se tím, že pod rozdružovacími válci (8 a 11) je uspořádán vynášecí šnek (15) pro odvod rozdružených zbytků spečeného a vyhořelého paliva (3).

10. Rošt podle alespoň jednoho z nároků 1 až 9, v y z n a č u j í c í se t í m , že axiální rozteč (t) mezi transportními segmenty (5) následujícího spalovacího válce (4) ve směru transportu paliva (3) je stejná nebo větší, než axiální rozteč (t) mezi transportními segmenty (5) předcházejícího spalovacího válce (4).