FI111565B - Menetelmä kiinteän polttoaineen polttamiseksi ja arinarakenne menetelmän soveltamiseksi - Google Patents

Description

111565

Menetelmä kiinteän polttoaineen polttamiseksi ja arinarakenne menetelmän soveltamiseksi 5 Tämä keksintö koskee menetelmää kiinteän polttoaineen polttamiseksi ja arinara-kennetta menetelmän soveltamiseksi etenkin kiinteän polttoaineen, kuten puujät-teen ja palavan yhdyskuntajätteen polttamiseksi.

Sanottuun tarkoitukseen konstruoidut arinat ovat usein kartiomaisia, joissa kartion 10 keskeltä syötetään alhaalta ylöspäin ruuvikuljettimella poltettava kiinteä materiaali. Jotta arina olisi homogeenisesti täytetty ja pysyisi toisaalta puhtaana tuhkasta ja kuonasta, on useissa konstruktioissa saatettu arina pyörimään, siten että siinä on useampia kehiä, joista jokin tai jotkin ovat paikallaan pysyviä ja jokin tai jotkin pyöritettäviä. Tunnetaan myös ratkaisuja, joissa erillisiä kehiä voidaan siirtää toi-15 siinsa nähden niin, että niiden välistä purkautuvan polttoilman määrää voidaan säätää.

Pyörivillä kehillä on ongelmansa. Näitä ovat pääasiassa se, että kehien pyöritys-laitteiden pinnoille putoaa tuhkaa ja kiintoainetta ja tämä aiheuttaa pyöritysme-20 kanismin epävakaata toimintaa ja ajoittaista tai pysyvää pysähtymistäkin. Samalla pyörityslaitteet ja niiden laakerit kuluvat merkittävästi. Nämä laitteet joutuvat työskentelemään myös korkeassa lämpötilassa vaikka niitä jäähdytetäänkin palamisil-malla, joka työntyy poltteillaan niiden työskentelytilan kautta. Lämpöjännityksien vuoksi näitä arinoita on hankala käyttää ja huoltaa.

25

Tyypillisiä ratkaisuja, joissa on sekä kiinteitä että pyöriviä kehiä, on esitetty suomalaisissa patenteissa 95964 ja 103832. Ensiksi mainitussa pyöritettävät arinake-hät on pantu liikkumaan epäkeskeisesti ja eri suuntiin. Viimeksi mainitussa on ulkokehälle järjestetty ritilärakenne, jonka päällä palamisen sanotaan jatkuvan.

30 Ritilärakenne avautuu jaksottaisesti tuhkan poistamiseksi aukkojen kautta. Materiaalin kulkemiseen liittyy silti ongelmia myös näissä ratkaisuissa.

Tämän keksinnön tarkoituksena onkin välttää edellä mainittuja tekniikan tason ratkaisujen haittapuolia ja aikaansaada sellainen arinarakenne, jossa ei ole ongel- 111565 2 mia toimivuuden tai kestävyyden suhteen. Niinpä tämä keksintö poikkeaa kaikista edellä mainituista siinä, että palavan materiaalin kuten myös palaneen materiaalin kulkeutumista tehokkaasti autetaan sillä, että osa pyörivistä kehistä liikkuu edestakaisin, jolloin liikkeen suunnan vaihtuminen aikaansaa tehokkaasti materiaalia 5 irtonaisena pitävän liikkeen arinaan. Nämä ja muut tämän keksinnön hyvät puolet ja edut on aikaansaatu siten kuin esitetään tunnusomaiseksi oheisissa patenttivaatimuksissa.

Tässä keksinnössä on nyt olennaisesti parannettu ja kehitetty sellaista kartiomais-10 ta pyöreätä arinaa, jossa polttoaine tuodaan sisään kartion keskeltä alhaalta ja joka palaessaan valuu kartion pintoja pitkin symmetrisesti alas, jossa tuhka erottuu ja putoaa pois kartion kehältä.

15 Keksinnön selventämiseksi viitataan oheisiin kuvioihin, joissa esitetään eräitä keksinnön suoritusmuotoja lähinnä pystyleikkauksina.

Niinpä: 20 Kuviossa 1 esitetään yksinkertaistettuna sivukuvana eräs keksinnön mukainen arinaratkaisu;

Kuvio 2 puolestaan esittää ylhäältä nähtynä keksinnön mukaisen arinarakenteen yksityiskohtaa; ja 25

Kuvio 3 esittää erästä ajateltua konstruktiota keksinnölle ominaisen arinan edestakaisen liikkeen aikaansaamiseksi.

»· *

Keksinnön mukainen menetelmä tulee ilmeiseksi seuraavasta kuvauksesta, joka 30 koskee lähinnä laitteistoa.

Kuviossa 1 on esitetty osittaiskuvana eräs keksinnön mukainen arinarakenne 1. Tavanomaiseen tapaan polttoaine syötetään keskelle olennaisen rengasmaisia arinaosia 3, 4, 5 esimerkiksi kierukkakuljettimella 2, joka kuviossa 1 on esitetty 111565 3 puolikkaana. Kuljetinputken yläreuna 6 kaartuu kiinteän arinayksikön 3 päälle niin, että varmistuu se, että polttoaine liikkuu oikeaan suuntaan. Arinayksiköiden 3, 4, 5 tukeminen tapahtuu umpinaisen lieriöosan 3', 4' 5' välityksellä Arinayksiköt 4 ja 5 ovat tässä suoritusmuodossa liikkuvia. Myös arinayksikkö 3 voi olla haluttaessa 5 liikkuva.

r

Lieriöosien 3', 4', 5' alapäät on tuettu akselille 7 tuettujen laakereiden tai kiekkojen 8, 9 varaan. Keksinnön erään perusperiaatteen mukaisesti akselia pyöräytetään sopivan, sinänsä tunnetun käyttövälineen avulla edestakaisin, jolloin myös lieriöt 4' 10 ja 5' saavat käyttövoimansa edestakaista liikettä varten tästä pyörähdysliikkeestä. Edestakainen liike on erittäin tehokas hajottamaan mahdollisesti arinayksiköiden päälle syntyviä kasautumia ja myös kuljettamaan polttoainetta ja tuhkaa alaspäin pitkin kaltevia arinapintoja.

15 Toinen keksinnön mukainen erittäin suuri etu verrattuna kaikkiin tunnettuihin arina-laitteistoihin on se, että nyt on yksinkertaista järjestää yksilöllinen ja säädettävä ilmanvirtaus kuhunkin iieriöpintojen väleistä. Kaaviomaisesti tämä on merkitty kuvioon 1 kanavina 10-12, joissa kussakin on säätöpelti 13-15 virtauksen säätämiseksi. Virtausta on mahdollista säätää monilla tavoilla. Säätöpeltien lisäksi säätö 20 voi tapahtua vaikkapa käyttämällä säädettävätehoista puhallinta.

Lieriömäisten tukipintojen 3', 4', 5' tiiviys niiden alapäissä on tässä esimerkissä varmistettu tiukkasovitteisella liitoksella, jossa lieriöpintaan 4' jne. kiinnitetty haa-raosa 16 ja vastaavasti lieriöiden välisen tilan pohjasta 18 nouseva ulkonema ovat 25 hyvin pienellä toleranssilla sovitettu toisiinsa. Tarvittaessa limittyviä haaraosia voi olla useampikin ns. labyrinttitiivistyksen aikaansaamiseksi.

Kuviossa 2 on esitetty, kuinka ilmamäärän säätö voi olla järjestetty myös niin, että lieriöiden välisen tilan rengasmaisessa pohjassa 18 on säätöaukkoja 19, jotka 30 etenkin voivat olla esitetyllä tavalla kolmiomaisia ja joita voidaan säätää sinänsä tunnetuilla tavoilla yksilöllisesti tai ryhmänä. Kuviosta 2 on myös nähtävissä, kuinka lieriöitä 4', 5'jne voidaan tukea akselirakennelman, jota esiteltiin edellä, lisäksi tai sijasta Tilajärjestelyllä 20. Vaikutus on sama kuin akselijärjestelyllä, toisin sanoen tarkoitus on aikaansaada lieriöön ja siten arinaan edestakainen liike. Sää- 111565 4 tämällä ilmamäärää edellä mainitulla tavalla päästään säädöissä yksinkertaiseen konstruktioon, koska lieriöitä ei ole enää tarpeen liikuttaa pystysuuntaisesti. Pystysuuntaisen liikkeen aikaansaaminen on ollut tekniikan tason ratkaisuissa suhteellisen monimutkainen toimenpide.

5 Tämän keksinnön mukaan arinakehät eivät pyöri, vaan nytkyttävät edestakaisin, jolla järjestelyllä saadaan aikaan monta etua ja silti saadaan pudotettua tuhkat pois arinalta, ennen kuin ne alkavat paikallisesti sintraantua. Edelleen tämän keksinnön mukaan saadaan lämpöjännitysten hallinta kuriin. Myös edestakaisin liikkuvan 10 kehän liike, samoin kuin myös laakerointi on tässä arinarakenteessa tunnettuja ratkaisuja helpompi järjestää. Tällöin laakerina käytettävät rullat liikkuvat vain lyhyttä matkaa edestakaisin ja ne on helppo suojata.

Edestakaisella liikkeellä on se merkittävä etu tasaiseen pyörivään liikkeeseen 15 verrattuna, että sen suunnan vaihtumisesta johtuva kiihtyvyysmuutos kaataa polt-toainekasaumat ja jakaa ne paremmin homogeeniseksi palamispinnaksi. Kun tiedetään, että keskeinen syöttöputki on tyypillisesti, kattilan koosta riippuen, halkaisijaltaan 0,25 -1,0 m, on ymmärrettävää että käytännössä arinalle saattaa tulla isojakin partikkelikasaumia, jotka on tarkoituksena jakaa, niiden täydelliseksi polt-20 tamiseksi, tasaisesti arinalle.

Keksinnön mukaisesti valitaan arinayksikön edestakainen liike niin sen amplitudin kuin frekvenssinkin suhteen tapauskohtaisesti. Mainitut suureet ovat edullisesti säädettäviä, jolloin voidaan olla varmoja siitä, että polttoaineen kulkeutuminen 25 optimaalisella ja kasautumia muodostamattomalla tavalla on aina varmistettu.

Kuten edellä mainittiin, myös tuhkan kulkeutuminen poistokohtaa päin tapahtuu keksinnön mukaisesti optimaalisella tavalla.

Tuhkanpoisto on tämän keksinnön mukaisesti järjestetty niin, että paikallaan pysy-30 vän arinakehän ja edestakaisin liikkuvan arinakehän välinen ilmanjohtotila on aina alemman kehälevyn päällä, jolloin ilmavirta huuhtelee tuhkaa pois. Varsinainen tuhkanpoisto tapahtuu sitten arinakehien ulkopuolella olevien sopivien, sinänsä tunnettujen järjestelyjen avulla.

111565 5

Edestakaisin liikkuvalla kehäkokonaisuudella on edelleen etuna se, että siihen voidaan järjestää vipuvarsilla helposti kunkin kehän säätöpellit niin, että kultakin kehältä voidaan ilmaa syöttää haluttu määrä. Tätä kuvataan (ilman vipuvarsien esittämistä) kuviossa 2. Pyörivällä systeemillä tämä ilmanjako järjestely on monin 5 verroin vaikeampaa. Edestakaisin liikkuvan systeemin ilmajakopeltiä tai luukkua voidaan säätää riittävän kaukaa vaijerilla, jonka ohjaussuojus on kiinni säätöpellin kiinteässä ohjauksessa ja vaijeri suojakuorineen vain taipuu kun kehä liikkuu edestakaisin. Järjestely on vastaava kuin vaijerilla tapahtuva kaasuläpän säätö moottoripyörissä ja sen kaltaiset tunnetut järjestelyt.

10 Säätöpelti on edullisesti kolmion muotoinen, niin että saadaan progressiivinen tai depressiivinen säätö aikaan, riippuen mistä päästä peltiä lähdetään säätämään.

Tämän keksinnön mukaan edestakaisin liikkuvassa kehässä on renkaan muotoi-15 nen pohjapelti 18, jonka varassa liike tapahtuu. Sanottuun peltiin voidaan edullisesti asentaa kaksi, neljä, kuusi ja niin edelleen, säätöpeltiä joista yhtä tai useampaa säädetään kolmion kapeasta päästä leveämpään ja toisia taas leveämmästä kapeampaan, näin menetellen saadaan aikaan erinomainen hienosäätö, kun toista säädetään yhteen suuntaan ja toista toiseen suuntaan. Säätö voi edellä kuvatulla 20 tavalla tapahtua pohjapellissä 18 olevien säätöventtiilien avulla tai säätö voidaan suorittaa samantapaisella tai muulla tavalla ilmaa tuovassa kanavassa ennen peltiä 18, jossa tällöin sijaitsee vain sisäänpuhallusaukot.

Kuvion 3 esittämässä suoritusmuodossa aikaansaadaan edestakainen liike käyttä-25 mällä moottoria 31, joka on kiinnitetty yhdestä päästään runkorakenteisiin ja toisesta päästään esimerkiksi uloimpaan lieriöpinnoista 3', 4', 5'. Kuviossa 3 esitetään että lieriöpintojen alatukiin 21-24 on kiinnitetty tapit, esim. 28-30 ja tappien välissä on jouset 25-27, jotka niveltyvät tappien ympäri. Moottorin, joka voi olla mitä tahansa tyyppiä, esimerkiksi karamoottori, hydraulisylinteri, jonkinlainen 30 kampijärjestelmä tai mikä tahansa sellainen väline, jolla edestakainen liike on saatavissa aikaan, kehään kohdistama voima saa sen liikkumaan edestakaisin.

Yhteen kehään aiheutettu liike välittyy tappien ja jousien välityksellä toisiin kehiin ja näin ollen koko järjestelmä hytkyy edestakaisin ja tuhkan valuminen alaspäin on varmistettu. Samoin on 111565 6

Edestakainen liike voidaan saada aikaan joko samankaltaisilla laitteilla, kuin käytetään pyörivässä systeemissä, kuten sellaisilla, joita kuvataan esimerkiksi suomalaisen patenttihakemuksessa 20001418. Tällöin siihen voidaan liittää käyttölaitteeksi yksinkertainen kampiakselisysteemi. Edestakainen liike saadaan aikaan 5 myös monella muulla tunnetulla menetelmällä. Erityisesti saadaan edullinen liikkeen muoto aikaan kun kampiakselisysteemin liikerata on saatu aikaan ei ympyräliikkeen, vaan ellipsi-ympyräliikkeen avulla. Silloin voidaan saada, niin haluttaessa ns "siniaallon" käännekohdassa aikaan nopeampi kiihtyvyys kuin pelkällä ympyräliikkeellä. Tällaisessa ratkaisussa tosin joudutaan turvautumaan hieman monimut-10 kaisempaan rakenteeseeni kuin ympyräliikkeen avulla toteutetussa ratkaisussa.

Tämän keksinnön mukaisesti toteutetussa konstruktiossa voidaan käyttää tilanteen mukaan yhtä tai useampaa edestakaisin nytkyttävää kehää.

15 Tämän keksinnön ratkaisussa, jossa on vain yksi edestakaisin liikkuva arinakehä, voi silti olla useita kammioita, joista ilma voidaan jakaa erikseen säädettynä, näitä ympyräkammioita voi olla esimerkiksi kolme kappaletta arinaa kohden, mutta niitä voi olla useampiakin tai vain kaksi.

Claims (12)

111565

1. Menetelmä kiinteän polttoaineen polttamiseksi ja materiaalin palamisen varmistamiseksi, sekä tuhkan poistumisen varmistamiseksi käyttämällä olennaisen kar- 5 tiomaista, ainakin kahdesta olennaisen rengasmaisesta arinayksiköstä (esim. 3,4) ' muodostuvaa arinaa, jossa ainakin yksi arinayksikkö on liikutettava, jolloin polttoai ne tuodaan kartion keskeltä sisään ja valuu palavana alas kaltevia arinayksiköitä (3,4,5) pitkin ja jossa ilmaa puhalletaan arinayksiköiden välistä, tunnettu siitä, että liikutetaan ainakin yhtä arinayksikköä (esim. 4) edestakaisella liikkeellä. 10

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuhunkin kahden arinayksikön (3,4,5) kannatinlieriön (3', 4', 5') muodostamaan välitilaan johdetaan säädettävä määrä ilmaa, joka poistuu palotilaan kahden arinayksikön kartiopinnan välisestä raosta. 15

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ilmamäärää säädetään säätöpelleillä (19), jotka sijaitsevat kunkin kahden arinayksikön välisen tilan pohjassa (18) tai sinne tulevassa ilmakanavassa.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että arinayksiköitä liikutetaan eri nopeuksilla, esimerkiksi ulompia yksiköitä sisempiä suuremmalla nopeudella.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 25 liikutetaan vain yhtä arinayksikköä ulkopuolista voimalähdettä käyttämällä ja tämän yksikön voima välitetään muille yksiköille yhdysvälineitä (25-27; 28-30; 32-35) käyttämällä. • c

6. Arinarakenne (1) kiinteän polttoaineen polttamiseksi ja materiaalin palamisen 30 varmistamiseksi, sekä tuhkan poistumisen varmistamiseksi käyttämällä olennaisen kartiomaista, ainakin kahdesta olennaisen rengasmaisesta arinayksiköstä (3, 4, 5) muodostuvaa arinaa, jossa ainakin yksi arinayksikkö (esim. 4) on liikutettava, jolloin polttoaine tuodaan kartion keskeltä sisään ja valuu palavana alas kaltevia arinayksiköitä pitkin ja jossa on välineet ilman puhaltamiseksi arinayksiköiden 111565 välistä, tunnettu siitä, että se käsittää välineet (7, 8, 9) edestakaisen liikkeen aikaansaamiseksi ainakin yhteen liikutettavaan arinayksikköön.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen arinarakenne, tunnettu siitä, että kahden 5 arinayksikön (esim. 4, 5) kannatinlieriöiden (esim. 4', 5') välinen rengastila käsittää välineet (19) sinne ohjattavan ilman määrän säätämiseksi.

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen arinarakenne, tunnettu siitä, että kullakin liikutettavalla arinayksiköllä (esim. 4, 5) on oma yksilöllinen säätöjärjestelmänsä 10 niin liikkeen kuin ilmamääränkin suhteen.

9. Patenttivaatimuksen 6 mukainen arinarakenne, tunnettu siitä, että ilmanjakojär-jestelmä käsittää kutakin liikkuvaa arinayksikköä kohti yhden tai useampia ilmanja-kokehiä. 15

10. Patenttivaatimuksen 6 mukainen arinarakenne, tunnettu siitä, että ainakin yhden arinayksikön liikutusrata on elliptinen.

11. Patenttivaatimuksen 6 mukainen arinarakenne, tunnettu siitä, että se käsittää 20 välineen (esim. 31) yhden arinakehän edestakaiseksi liikuttamiseksi ja välineet (25-27; 28-30; 32-35) liikkeen siirtämiseksi muille arinayksiköille.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen arinarakenne, tunnettu siitä, että välineet liikkeen siirtämiseksi muodostuvat yksiköihin tuetuista jousista (25-27). 25 •» 111565