CZ46493A3 - Kotel na dvoustupňové spalování tuhých paliv - Google Patents

Abstract

Kotel sestává ze zplyňovací komory (1) s roštem (2) a spalovacího prostoru (5). Ve spodní části zplyňovací komory (1) je nad roštem (2) umístěn sběrný kanál (4), který je rozpojen odtahovou trubkou (9) se spalovacím prostorem (5), umístěným ve spodní části kotle. Mezi horní deskou (3) spalovacího prostoru (5) a roštem (2) je rozplyňovací prostor (10). Ve sběrném kanálu (4) je s výhodoou umístěn přívod (6) sekundárního vzduchu

Description

1 4 6*ι -33 a 1 c v A n i revnvq | : / ·

Xc te 1 na d vcυ i-, tu r.nové Oblast techniky Řešeni se týká malých kotlů c výkonu do 1TTC~ k-v- ň-a dvoustupňové spalováni pevných paliv , sestává jících ze zplyňcva-cí komory s roštem a spal ovaci ho pres toru, určených především pro vytápění/ a ohřev užitkové vody. Palivem pro tyto kotle jsou ze jména -dř"evo- a uhlí v celém rozsahu kosovi testi ,

Dosavadní stav techniky Většina známých kotlů na dvoustupňové spalování pevných paliv je tvořena třemi základními částmi, a tc zplyňovací komorou, které je zároveň zásobníkem paliva, spalovacím prostorem a tep.] os měrnými plochami. Zplyňovaní V cm ora ye obvykle v herní části kotle a je opatřena dvířky na přikládáni paliva. Spalovací prostor, který je propojen se zclyňcvac í komorou je ve spodní části kotle a tvoří zároveň spalovací komoru, dozralevací plochu tuhých zhytků a prostor prc ukládán] popela. P p ale v a c 5 prostor je cr atře n dalšími aví řk v, která ume žnu jí vytírání rcrels a kontrolu spalování. Terlc- s.rr en.ne·... í i o o : · > X v c r e n' s t ě π am i 7 v i v -n c v a n ; ;cmo r 1c va c í h o prostoru a obsahují výměník prc pa li novým výměníkem . některé typy kotlů předehrev sekundárního vzduchu. Zplyno vací komora a spalovací prostor jsou vzájemně odděleny stěnou ze žáruvzdorného materiálu. Tato stěna je opatřena otvorem., který tvoří odtahovou štěrbinu ve dně zplyňovaní komory a trysku spalovací komory. Dá le exi stu je penonerr. Ty tc jsou p a 1 i v a c k o n s t a n t n 5 výrazné, klenhovárií řa n a typu kotlů s roštem .« r? c*a ni c kým v š a k s c t c v n y s p a 1 o v a t p; o u ?. e d r c \ n o z r n A kuscvi testi, Je jich značnou nevýI odco j které; způsobuje nercvneměrné spalování . - P -

Pracovní proces výše popsaných kotlů probíhá tak, že do zplyňovaci komory je přiváděn primární vzduch jehož účinkem se palivo postupně zplyňuje. Vznikající plyny jsou odváděny štěrbinou ve dně. do spalovacího prostoru, kde se mísí ze sekundárním vzduchem a spalují. Spaliny předávají svoje teplo teplosměnnými plochami ohřívané vodě a po ochlazení jsou odváděny výstupním hrdlem do komína.

Primární vzduch je přiváděn ric herní části zplyňovaci komory a zvolna proudí celým objemem: paliva. Ke zplyňování dochází zejména ve spodní části zplyňovaci komory. Zplyňova-cí reakce probíhají ve dvou základních fázích. Fází exoter-mhíj kdy se oxidací paliva uvolňuje teple a fází endotermní, při které se část uvolněného tepla spotřebuje redukčními reakcemi mezi palivem, a plynnými produkty oxidace. Výhřevnost a teplota vznikajícího plynu je dána vzájemným poměrem těchto fází. Generovaný plyn je odváděn štěrbinou ve dně zplyňovaci komory ac spalovacího prostoru, přičemž s setou strhává popel, případně tuhý nedcpal. Fcpel se hromadí ve spodní části spalovacího prostoru odkud se odstraňuje občasným, vybíráním. Kotel je konstruován obvykle jako přetlakový, přived sekundárního a primárního vzduchu zajišťuje ventilátor . Výše uvedený typ kotle neumožňuje spalovat drctno2r.nná paliva jako jsou například piliny, protože tyto kladou příliš velký edper primárnímu vzduchu ve zplyňovaci komoře. Dále neumožňuje spalovat paliva více ccpelnatá jako je například uhlí, neboť odved perela je omezen průřezem odtahové štěrbiny zplyňcvacího prostoru. Tyto kotle jsou tedy schopny spalovat pouze dřevo v rozsahu kusovitosti od lesní štepky po polena. Dalším nedostatkem, těchto kotlů je nízká účinnost zplynění. Ta je zapříčiněna tím, že zplynění probíhá v blízkosti odtahové štěrbiny a plyn vznikající převážně z excter-mních oxidačních reakci předčasně opouští zplyňovaci komoru, ani č. ty v dostatečné míře přeběhly énčctermní redukční reakce. Tnís] edkenr. tchc je nízká výhřevnost a vyseká teplota ge r.e ro váného plynu. Nízká výhřevnost plynu je příčinou nízké intenzity hoření,, která spolu s velkým objemem horkých plynů klade vysoké nároky na přemisení ve spalovacím prostoru. Účinné premísení je však omezeno vlastnostmi trysky jejíž konstrukce musí zároveň zajišťovat cdropelňování . Vysoké t e p 1 o t a Zvyš u je tepelné ztráty p - y r. u na'če stě mé zi zely novací komorou .a spalovacím prostorem, proto většinou tyto pres-tory následují těsné za setou a octahevá štěrbina je zároveň t ryskou spalovacího prostoru. To značně omezuje dispoziční uspořádání kotle a optimální umístění spalovacího prostoru, přívodu sekundárního vzduchu, try^ odtahové štěrbiny a tak déle. Vysoké teploty kladou velké nároky na materiály spodní Části zr.lv nova o í komory ft sr>lžuji její životnost. Dalším výrazným nedostatkem tř.ehtc kotlů je výrazný vliv κ lenhc v oni paliva na vyviň i-ly n.; zplyncvac 1 komoře . Při z na vy m oněm z r. ]y ne vac i ývi nu plynů. Velí sání vvvinu plynů způsobu je ne rc v u cm. £ y r r a -j. sral o vac í bc vytvoření klenby nad štěrbinou kle*n r.řestup tepla mezi otáčeným dnem a palivem:, čínž se zpCTgl5 vývin plynů. pc sesypání klenby náhlým stykem paliva , komory dochází k r.rudkémn ná r·*.; ; ; rco.esu Q c.ž. v kpšk jruaup ý^fcr'ý , íči west kotle vlivem ve Ikého h-ebytku vzduchu . v herš í n.' ^ H];3d * způsobuje nedokonalé spalování se všemi jeho negat 1 νη3π5ΐ důsledky. Pokusy zastříškevat Štěrbinu nepřinesly očekávaný efekt, protože n 5 z k é rychlosti pod okrajem střihy,. ' ’ v současné e >: i s teplot převyšující teplotu meknutí r0 x. e 1 a z r,n s o c i 1. y zan o b ΐ a h c véh-c pres i ořu '>szi okraje-; í š k y a dnem zplyň k crr.c ry betle využívající chlazeng dno v z r 1 v η o v a c í k á š e n 5 : ry £ 1 0 6 í z a b r a n c v a 1 y m ě k n u t í í cpe 1 ovýn a následnému zanášení, cl V S 3 K p r c z n a č n '· v y cblaze ni ly ňcvaeí komory nemehly takové k c 11 e spolehli v ř r r a c c vat nt^sích vý k oněch. Ke zanedfca- telnýrr . nedostat,k err. uvede nýo h ’«ct]λ ήρ V ' s V υ t e č n o s t , že r e λ' n ý hédcr.a 1, který se' spolu s pcpeUfr ostává fi c spalo v,a c 5 h c prostoru se nedokonale sr.aluje 2¾ v/.M ku oxidu uhe 1 n-atéhc . Podstata vynálezu Výše uvedené nedostatky jsou dc značné míry odstraněny kotlem; na dvoustupňové spalování - pevných paliv, zejména dře-ya a uhlí, sestávajícím ze zp.lyňcvaeí komory s roštem a spalo vácrího prostoru Irbdle, vy nálezuUehc .. pcďs/ťata spočívá v tem., že ve spodní části zplynováni komory je nad roštem umí stěn sběrný kanál, který je pror o jen odtahovou trubkou se spalovacím, prostorem, um.l stěným ve . spodní části Kotle, žezi herní deskou spalovacího prostoru a roštem, je dezply novací prostor. Ve sběrném, kanálu je s výhodou um.5 stěn přívod sekundárního vzduchu dc spalovacího prostoru.

Zr.lyňovaoí komora je opatřena otvorem, r rc přivádění primárního vzduchu nad vrstvu paliva a další'·' čtverem· pro rřivádení primárního vzduchu rod rošt.

Uvedené řešení zvyšuje svou konstrukcí účinnost spalování a vzhledem; k tcm.u , že nároky na materiál spodní části zplynovaní komory nejsou tae vysoké, zvysu je í-e i životnost •celého zařízení., opalovací proces je. díky malému kolísání v v v i nu rl v ně rovnoměrný a sy a 1 cvam je v y t. os t.a 1 e o ok onaie ·. Vydutá c.lcchs roštu zajišťuje sesypávání a. rovnoměrné rozptýlení vrstvy žhavého uhlíkového zbytku na roštu v prostorech ted sběrným: kanálem. Výška této vrstvy je určena vzdáleností okrajů sběrného kanálu cd roštu. Vzájemný poměr světlé r.lochy roštu a plechy mezi okraji odběrového kanálu a roštem je. volen tak, aby se. ve zply novací komoře vy tvoři 1c r rcudění, kdy větší část plynů proudí dc odběrového kanálu sr.cání částí roštu skrz vrstvu žhavého uhlíkového zbytku na jehož povrchu probíhají endotermní reakce zplyňování . Pc-statečně velká plocha restu rod sběrným kanálem, umožňuje nízkou rvcbl'cst proudění "plynů.· skrz redukční. : vrstvu ' čí rr.ž se

zvyšuje nota setrvání plynu v této vrstvě což je ne zbytná ccdrr.5 nka pře účinný průběh redukčních -reakcí zplyncvac5hc procesu. V herní části sběrného kanálu umístěný přívod sekundárního vzduchu zajišťuje předehřev sekundárního vzduchu a zároveň ochlazování sběrného kanálu. Vzájemným poměrem primárního vzduchu vstupujícího otvorem a dalším otvorem nad vrstvu paliva nebe ped rošt je možné kotel přizpůsobit pro cpt i mál ní spalováni paliv rozdílných, kuse vi tes i í a roždí 1-ných fy zikálhě-chemických vlastností. Například přiváděním, vzduchu z hera nad palivo je možné spalovat dřevěná polena, současným přiváděním vzduchu z hora a zároveň pca rošt je možné spalovat piliny nebo uhelný prach. Charakteristika sálavého předehřevu sekundárního vzduchu umožňuje zachovat konstantní teplotu ve spalovacím prostoru s tím stabilní hoření i při nízkých výkonech. Nebezpečí měknutí popela na roštu a jeho následné zanášení je minimalizováno nižšími teplotovými úrovněmi jež umožňuje vyšší účinnost zplynění, velkou šířkou spár roštu, kterou umožňuje spodní dozr.lyňcva-cí prostor, ochlazováním roštu primárním i sekundárním vzduchem a sáláním dc vcdcu chlazených stěn kotle. Vliv klenbc-vání paliva na kolísání výkonu je snížen díky velké odtahové ploše, která je tvořena velnou plochou roštu potí sběrným kanálem a mezerami .mezi roštem a okraji sběrného kanálu. Vzhlede* k ternu, že odved spalin je- realizován vcelé délce profilu zplynovací komory bude zde případně vznikat namísto jedné klenby nad štěrbinou množství menších kleneb v blízkosti okrajů sběrného kanálu, jejichž současné sesynání je mále pravděpodobné.. Náhlý nárůst uvolňování prchavé hořlaviny při sesouvánu je potlačen snížením terlctcvvch úrovní roštu a sběrného kanálu výše popsanými postu cy. Konstrukce navrhovaného řešení jí je snadná. reměrně jednoduché r r · 2 C0 *T ? c "h S 2 U h: rx f· p v ~ h ] e d c V. r á z k ů n a vj k r <= s e ο V. řešení vedle vynálezu bude blíže ct jasněno na konkrétním příkladu provedení, kde na ctr. 1 je v nárysu v řezu znázorněno příkladné provedení kotle na dvoustupňové spalování pevných paliv podle vynálezu a na ctr. 2 je znázorněno toto řešení v bokorysu v řezu. Příklad provedení

Kotel podle navrhovaného řešení sestává ze zplynovací kcrr.cry j_ v jejíž spodní části je umístěn rošt 2 vydutý směrem dolů. Nad vydutým roštem 2 je umístěn sběrný kanál d_ generovaného plynu, dc kterého ze spoda ústí odtahová trubka _9 propojená se spalovacím prostorem 5_. Kezi horní deskou 3. spalovacího prostoru _5 a roštem 2 je dczplyňovací prostor 10. Ve sběrném kanálu _4 je umístěn přívod 6 sekundárního vzduchu . Kotel dále obsahuje otvor 1_ pro přivádění primární hc vzduchu nad palivo a další otvor 8 pro přivádění primárního vzduchu ped rošt 2 a zkratovou klapku V\_ rr.e zi zr.ly novací komorou 1 a odtahem 12 dc kc.mína. Zátop: r:roh5há " chdcbn.ě jako u ' -.k 1 asi. okých/· kotlů,. Kypři otevřené zkratové klapce _1_1_ se rozdělá na roštu 2 oheň, potem se zplvňcvací komora 1_ naplní palivem a zkratová klapka 11 se uzavře. Podle druhu paliva se nastaví vzájemný poměr přivádění primárního vzduchu nad palivo a pod rošt _2. Palivo se postupně zplyňuje a sesouvá k vydutému roštu 2. Perel a případný tuhý nedopral, který propadává vydutým roštem 2 něho vzniká dezplyněním tuhého nedopalu zůstává v d czplyňovac í m prostoru _1_0 na herní, desce 3. spalovacího prostoru 5.. Plyny vznikající na herní desce 3. sralc vaelho prostoru 1 a nad roštem 2 jsou odváděny sběrným kanálem £ dc spalovacího - prostoru 5. · 7 Přidávání paliva a vytírání popela je možné provádět za převezu při otevřené zkratové klapce 11 .

Průmyslová využitelnost Řešení podle vynálezu nalezne uplatnění především u malých kotlů o výkonu do 100 kV prc vytápění a ohřev užitkové vody. . palivem je- ze 3 mé na .dřevo a uhlí v celé rr. rozsahu ku so vi t ost i .

Claims (4)

1. - 8 - í £í - 33 η ř. rri r y m r. ; £' v $ y f* V V Γ ť, i J\ iV i V7 V I- . j\ h Γ V7 r\ 1 1 . Kotel na dvou stupňové spalování řevných paliv, zejn-éna dřeva a uhlí, sestávající ze zplyňovací komory s roštem a spalovacího prostoru, vyzná č-u jící se tím, že ve spodní části zplyňovací komory (1) je nad roštem (2) umístěn stěrný. kanál; (4) , který je propojen odtahovou trubkou (9) se spalovacím prostorem. (5), umístěným ve spodní části kotle, přičemž mezi horní deskou (3) spalovacího prostoru (5) a roštem. (2) je dozplyňovací prcstcr (10).
2. 2. Kotel podle nároku 1 , v y z n a č u j í c 5 se tím, že ve sběrném kanálu (4) je umístěn přived (6) sekundárního vzduchu. t y
3. 3. Kotel podle nt-roltu 1 nebe 2, v y z n ač u jící s e t í zr<, že horní část zplyňovací komory (1) i dozplyňovací prcstcr (10) jsou opatřeny otvorem (7) a dalším otvorem: (8) pro přivádění primárního vzduchu. i 'Had
4. 4 Λ j JMDlMiSVIA , ΟΗ3ΛΟ" í,! .‘v Qíld avy o ε 6 .ni z z 01^00

   Γ, I S ň T o •f*o