FI108810B - Laitteisto ja menetelmä polttotapahtuman ja lämmönsiirron tehostamiseksi - Google Patents

Description

108810

Laitteistoja menetelmä polttotapahtuman ja lämmönsiirron tehostamiseksi Anläggning och förfarande för att effektivera förbränningen och värmeöverföringen 5

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen laitteisto polttotapahtuman ja lämmönsiirron tehostamiseksi lämpökattilassa.

10

Keksinnön kohteena on myös patenttivaatimuksen 8 johdanto-osan mukainen menetelmä polttotapahtuman ja lämmönsiirron tehostamiseksi lämpökattilassa.

Keksintö liittyy voimalaitosten, lämmitysuunien, lämpökattiloiden ja vastaavien 15 palotilassa tapahtuvaan palamiseen ja sen tehostamiseen. Näistä keksinnön sovellutuskohteista käytetään jatkossa nimitystä lämpökattila.

Palaminen on monimutkainen tapahtuma, joka riippuu useista eri tekijöistä, kuten polttoaineen partikkelikoosta, palamislämpötilasta sekä lämpökattilan rakenteesta.

; 20 Palamistapahtumassa käytettävä polttoaine hapettuu, jolloin tuloksena syntyy ; lämpöä. Tyypillisissä palamislämpötiloissa kuuman kiinteän aineen palaminen ·;··· riippuu siitä nopeudesta, jolla happi diffusoituu aineen pintaan. Palamisen edisty- essä partikkelikoko ja partikkelin massa pienenevät. Poltettaessa hiiltä palamis-: tuloksena syntyy hiilimonoksidia, joka edelleen palaa hiilidioksidiksi.

25

On tunnettua edistää palamistapahtumaa aiheuttamalla palamistilaan turbulenssia, joka edistää aineen siirtoa ja lämmönsiirtoa palamisessa. Tunnetuissa ratkaisuissa esiintyy kuitenkin edelleenkin ongelmia voimalaitoksissa, lämmitysuuneissa ja lämpökattiloissa ja vastaavissa tapahtuvan palamisen loppuunsaattamisessa. Tur-: 30 bulenssin tuottajia, kuten sekoittajia, on hankalaa tuoda korkeisiin lämpötiloihin, • · * 2 108810 jotka ovat tyypillisesti 600 - 1000 °C. Erityisesti ongelmia esiintyy ei-haihtuvien hiilihiukkasten palamisessa.

Palamisen edistämiseen liittyy myös lämpökattilan lämmönsiirtopintojen puhdis-5 taminen tuhkapartikkeleista ja palamattomista hiilihiukkasista. Tunnettu puhdistusmenetelmä on akustinen puhdistaminen, jossa äänilähteitä sijoitetaan lämpö-kattilan lämmönsiirto-osiin ja ääntä tuotetaan jaksottaisesti n. 2-15 minuutin välein muutaman sekunnin kerrallaan. Akustiset puhdistuslaitteet tunnetaan mm. julkaisuista WO-82/01328 ja WO-82/03803. Lisäksi patenttijulkaisusta US 10 5,785,012 tunnetaan polttotapahtuman ja lämmönsiirron tehostaminen lämpökat- tilassa varustamalla lämpökattilan palothan pääpalamisvyöhykkeen yläpuolinen tila äänilähteillä.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan laitteisto ja menetelmä palamistapahtu-15 man edistämiseksi siten, että palaminen on täydellisempää ja päästöt vähäisempiä.

Keksinnön mukaiselle laitteistolle on pääasiallisesti tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

* · · 20 Keksinnön mukaiselle menetelmälle on puolestaan tunnusomaista se, mitä on esi-; tetty patenttivaatimuksen 8 tunnusmerkkiosassa.

• · : Keksinnön mukaisessa jäqestetyssä palamistapahtumaa edistetään lämpökattilassa : : siten, että varsinaisen pääpalamisvyöhykkeen yläpuoliseen tilaan kohdistetaan 25 pyörivä äänikenttä. Tässä sijaintikohdassa haihtuvat aineet ovat pääasiassa jo pa- ‘"J laneet, mutta osa hiilestä on pieninä hiukkasina vielä palamatta. Äänikenttä on edullisesti jatkuva ja se synnytetään sopivilla äänilähteillä, jotka sijoitetaan läm- pökattilan paloillaan. Keksinnön mukaisella järjestelyllä palamistapahtumaa edistetään siten, että käytettävästä polttoaineesta saadaan enemmän lämpöä ja tu- : 30 loksena syntyy vähemmän palamisjätettä. Samalla saavutetaan myös puhtaampi * * » • · * · . ·. : palaminen, minkä seurauksena haitalliset päästöt vähenevät.

' 3 108810

Seuraavassa keksintöä selostetaan viittaamalla oheisen piirustuksen kuvioihin, joissa esitettyihin suoritusmuotoihin keksintöä ei ole yksinomaan tarkoitus rajoittaa.

5

Kuvio 1 esittää lämpökattilaa ja keksinnön mukaisen laitteiston sijoittamista siihen.

Kuvio 2 esittää esimerkkiä keksinnön mukaisesta äänikentästä.

10

Kuvio 1 esittää kaaviollisesti lämpökattilaa, jossa sovelletaan keksinnön mukaista menetelmää polttotapahtuman edistämiseksi. Lämpökattilan 10 palotilaan 11 on sijoitettu äänilähteet S. Äänilähteiden S sijoituspaikkana on pääpalamisvyöhyk-keen yläpuolinen tila ennen savukaasujen jäähdytystä. Äänilähteenä käytetään 15 edullisesti akustisesta puhdistamisesta tunnettuja äänitorvia, jotka tuottavat äänenvoimakkuuden 100-165 dB taajuudella 20-1000 Hz. Valittu äänentaajuusalue on hyvän tunkeutumissyvyyden vuoksi edullinen käytettäväksi juuri palamista-pahtuman edistämiseen. Äänilähteiden S tehoa ja taajuutta voidaan valitulla alueella säätää kattilan tyypin ja koon sekä äänilähteiden S sijoituspaikkojen mukai- • · · 20 sesti. Äänen voimakkuus valitaan siten, että äänilähteiden S synnyttämä ääni- : painetaso on edullisesti vähintään 120 dB äänipainekuvioiden kohtauspaikassa.

« · I

·;··· Äänilähteet S sijoitetaan palotilaan 11 siten, että niiden synnyttämät äänipaineku- : ”: viot kohtaavat 20-90° kulmissa sivu- ja/tai korkeussuunnissa.

• · • · • » · 25 Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa äänilähteitä S sijoitetaan lämpökattilan 10 eri korkeuksille ja palotilassa 11 ylös mentäessä äänilähteen S taajuutta suu- ...· rennetaan sitä mukaan, kun kiinteiden hiukkasten halkaisija ja massa pienenevät palotilassa 11 edettäessä. Tällöin haluttu palamistapahtuman edistävä vaikutus : pysyy optimaalisena.

: !·. 30 • · · 4 108810

Keksinnön toisessa edullisessa suoritusmuodossa äänilähteet S sijoitetaan lämpö-kattilaan 10 siten, että syntyvästä äänikentästä saadaan pyörivä. Kuviossa 2 havainnollistetaan tällaista pyörivää äänikenttää, joka saadaan aikaiseksi sijoittamalla halkaisijaltaan suorakaiteen muotoiseen lämpökattilan 10 palotilaan 11 neljä 5 äänilähdettä S, joilla saadaan aikaiseksi kuviossa 2 esitetty äänipaineen suuntaku-vio. Vastaavanlainen pyörivä äänikenttä voidaan synnyttää myös muun muotoisessa lämpökattilassa. Äänilähteiden S määrä ja sijoittelu voivat vaihdella tässä esimerkissä esitetystä, kun synnytetään pyörivä äänikenttä.

10 Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa lämpökattilaan 10 sijoitettujen äänilähteiden S kautta syötetään lämpökattilaan 10 osa palamistapahtumassa tarvittavasta sekundääri- ja/tai tertiääri-ilmasta. Tämä syötettävä ilma toimii samalla äänilähteiden S jäähdytysilmana.

15 Keksintöä voidaan soveltaa kaikentyyppisissä voimalaitoksissa, lämmitysuuneis-sa, lämpökattiloissa ja vastaavissa. Äänilähteenä käytetään akustisesta puhdistuksesta tunnettuja äänitorvia, mutta myös muunlaisia äänilähteitä voidaan käyttää.

Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joissa esitettyihin keksinnön eri suori- 20 tusmuotoihin keksintöä ei ole tarkoitus yksinomaan rajoittaa. 1 • » * · ·

Claims (8)

1. 5 108810
2. 1. Laitteisto polttotapahtuman ja lämmönsiirron tehostamiseksi lämpökattilassa, joka laitteisto käsittää lämpökattilan (10) palotilan (11) pääpalamisvyöhykkeen 5 yläpuoliseen tilaan sijoitettuja äänilähteitä (S), joilla synnytetään palamistapahtu-maa ja täydellisempää palamista edistävä äänikenttä, tunnettu siitä, että ääni-lähteet (S) on sijoitettu siten, että äänilähteiden (S) synnyttämät äänipainekuviot kohtaavat 20-90° kulmissa sivu- ja/tai korkeussuunnissa ja että äänilähteet (S) on sovitettu lämpökattilaan (10) siten, että syntyvä äänikenttä on pyörivä. 10
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että äänilähteiden (S) synnyttämä äänikenttä on jatkuva. j
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että äänilähtei-15 den (S) synnyttämä äänipainetaso on vähintään 120 dB äänipainekuvioiden kohtauspaikassa.
5. 4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että ääni- . : lähteiden (S) synnyttämän äänen taajuus on 20-1000 Hz. ·:··! 20 : 5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että läm- pökattilan (10) sekundääri- ja/tai tertiääri-ilma tai osa siitä on syötetty kattilaan ;, , , ·' äänilähteiden (S) kautta. • · · • · ·
6. 6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että ääni- lähteet on sijoitettu lämpökattilaan (10) siten, että äänentaajuus nousee lämpökat- » » · ··.1 tilan (10) yläosaa kohti. • ·
7. 7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että ääni - • 30 lähteet (S) ovat akustisia torvia. » I ► · I * · · » I 6 108810
8. 8. Menetelmä polttotapahtuman ja lämmönsiirron tehostamiseksi lämpökattilassa, jossa menetelmässä synnytetään äänikenttä äänilähteillä (S) lämpökattilan (10) palothan (11) pääpalamisvyöhykkeen yläpuoliseen tilaan, tunnettu siitä, että eri puolille ja/tai eri korkeuksille lämpökattilaan sijoitetuilla äänilähteillä (S) synny-5 tetään pyörivä äänikenttä. 1 « · « » · • ♦ ♦ • · * · • · » • » * » » · · 7 108810