FI124001B - Lämpökattila - Google Patents

Lämpökattila Download PDF

Info

Publication number
FI124001B
FI124001B FI20125364A FI20125364A FI124001B FI 124001 B FI124001 B FI 124001B FI 20125364 A FI20125364 A FI 20125364A FI 20125364 A FI20125364 A FI 20125364A FI 124001 B FI124001 B FI 124001B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
boiler
combustion chamber
fuel
combustion
burner
Prior art date
Application number
FI20125364A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20125364A (fi
Inventor
Pekka Koivukunnas
Tuomo Salonen
Eero Sandholm
Sami Siitonen
Original Assignee
Umapak Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Umapak Oy filed Critical Umapak Oy
Priority to FI20125364A priority Critical patent/FI124001B/fi
Priority to PCT/FI2013/050341 priority patent/WO2013144448A1/en
Publication of FI20125364A publication Critical patent/FI20125364A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI124001B publication Critical patent/FI124001B/fi

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C1/00Combustion apparatus specially adapted for combustion of two or more kinds of fuel simultaneously or alternately, at least one kind of fuel being either a fluid fuel or a solid fuel suspended in a carrier gas or air
    • F23C1/10Combustion apparatus specially adapted for combustion of two or more kinds of fuel simultaneously or alternately, at least one kind of fuel being either a fluid fuel or a solid fuel suspended in a carrier gas or air liquid and pulverulent fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23BMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B90/00Combustion methods not related to a particular type of apparatus
    • F23B90/02Start-up techniques
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C1/00Combustion apparatus specially adapted for combustion of two or more kinds of fuel simultaneously or alternately, at least one kind of fuel being either a fluid fuel or a solid fuel suspended in a carrier gas or air
    • F23C1/12Combustion apparatus specially adapted for combustion of two or more kinds of fuel simultaneously or alternately, at least one kind of fuel being either a fluid fuel or a solid fuel suspended in a carrier gas or air gaseous and pulverulent fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C3/00Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber
    • F23C3/006Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber the chamber being arranged for cyclonic combustion
    • F23C3/008Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber the chamber being arranged for cyclonic combustion for pulverulent fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C5/00Disposition of burners with respect to the combustion chamber or to one another; Mounting of burners in combustion apparatus
    • F23C5/08Disposition of burners
    • F23C5/32Disposition of burners to obtain rotating flames, i.e. flames moving helically or spirally
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D1/00Burners for combustion of pulverulent fuel
    • F23D1/02Vortex burners, e.g. for cyclone-type combustion apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D11/00Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/40Mixing tubes or chambers; Burner heads
    • F23D11/404Flame tubes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/70Baffles or like flow-disturbing devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23MCASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M9/00Baffles or deflectors for air or combustion products; Flame shields
    • F23M9/06Baffles or deflectors for air or combustion products; Flame shields in fire-boxes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/22Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/24Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers
    • F24H1/26Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water mantle surrounding the combustion chamber or chambers the water mantle forming an integral body
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/99009Combustion process using vegetable derived fuels, e.g. from rapes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H2230/00Solid fuel fired boiler
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24HFLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H2230/00Solid fuel fired boiler
    • F24H2230/02Solid and fluid fuel fired boilers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Combustion Of Fluid Fuel (AREA)
  • Solid-Fuel Combustion (AREA)

Description

Lämpökattila
Keksintö liittyy kiinteän polttoaineen polttamiseen lämpökattilassa, erityisesti jauhemaisen uusiutuvasta raaka-aineesta tehdyn polttoaineen polttamiseen. Tarkemmin keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mu-5 kainen lämpökattila, joka käsittää välineet fossiilisen polttoaineen ja biopolttoaineen polttamiseksi ja jossa fossiilinen polttoaine on sovitettu ainakin sytyttäväksi polttoaineeksi ja biopolttoaine on sovitettu toiseksi, edullisesti pääasialliseksi polttoaineeksi, edullisesti biopolttoaineena käytetään jauhemaiseksi jauhettua puuta.
10 Lämpökattilalla tarkoitetaan tässä selostuksessa ja patenttivaatimuksissa kaukolämpöverkon lämmöntuotantoon tarkoitettua kuumavesikattilaa, keskisuuren tai suuren kiinteistön lämmöntuotantoon tarkoitettua kuumavesikattilaa, maatalouden lämmöntarpeen tuottavia lämpökattiloita sekä teollisuuden tarvitseman prosessilämmön/höyryn tuotantoon tarkoitettua lämpökattilaa.
15 Biopolttoaineita ovat erilaiset puuperäiset polttoaineet, biomassat, kuten oljista ja rypsinkuorista valmistetut massat ja turve, sekä biohiili. Jauhemaisella polttoaineella, erityisesti jauhemaisella biopolttoaineella tarkoitetaan polttoainetta, joka on jauhettu kiinteästä polttoaineesta jauhemaiseen muotoon, jonka hiuk-kaskoko on tyypillisesti 0,1 - 3,5 mm. Fossiilisella polttoaineella tarkoitetaan 20 esimerkiksi seuraavia polttoaineita: kevyt polttoöljy, raskas polttoöljy, maakaasu ja muu vastaava fossiilista alkuperää oleva polttoaine.
On tunnettua, että uusiutuvista raaka-ainelähteistä tuotetaan myös bioöljyjä ja biokaasuja. Samoin on tunnettua, että fossiilisia polttoaineita yritetään korvata kokonaan tai osittain seostamalla fossiilista öljyä ja bioöljyä tai fossiilista kaa- 25 sua ja biokaasua. Tässä selostuksessa fossiilinen polttoaine tarkoittaa mitä ta- ” hansa edellä mainituista polttoaineista yksin tai niiden seoksia, o
CvJ
c\j öljypoltin koostuu pääosin välineistä paloilman syöttämiseksi lämpökattilaan, ό välineistä öljyn syöttämiseksi hienojakoisena sumuna lämpökattilaan, välineis- C\] x tä paloilman ja öljysumun sekoittamiseksi keskenään polttoaineseokseksi ja £ 30 välineistä polttoaineseoksen sytyttämiseksi. Öljyn hajottamiseksi hienojakoi- 2 seksi sumuksi voidaan käyttää yhtä tai useampaa hajotussuutinta. Hajotus-
CO
LO suuttimien jälkeistä osaa öljypolttimesta nimitetään palopääksi. Palopään ra- o kenne on tyypillisesti suora lieriö. Kaasupoltin on kuten öljypoltin, mutta öljyn sijasta käytetään palavaa kaasua. Julkaisussa US6260773 on esitetty eräs 35 tunnettu öljypoltin, jossa on esitetty tyypillinen öljypolttimen rakenne.
2
Hybridipoltin käsittää polttimen fossiilista polttoainetta varten, kuten öljy- tai kaasupolttimen, johon öljyn tai kaasun lisäksi syötetään toista polttoainetta, joka voi olla esimerkiksi kiinteää jauhemaista uusiutuvasta energialähteestä peräisin olevaa biopolttoainetta, esimerkiksi puuta. Mainittua toista polttoainetta 5 voidaan syöttää polttimeen samanaikaisesti, kun öljyä tai kaasua syötetään, tai eri aikaan.
Tekniikan tasosta tunnetusti lämpökattiloissa hybridipoltinta voidaan käyttää esimerkiksi kiinteistöjen kuumavesikattiloissa ja höyrykattiloissa sekä erilaisissa teollisuuden prosessilämpöä tarvitsevissa sovelluksissa, joissa aiemmin on 10 hyödynnetty öljypolttimia.
Tekniikan tasosta tunnetaan öljyn ja hiilijauheen yhtäaikainen polttaminen polttimolla, öljyn ja hienojakoisen kiinteän polttoaineen polttaminen, pelkän jauhetun puun (puru, jauhe, lastut yms.) polttaminen polttimella ja sytytys sytyttimellä (esim. kaasulla), pelkän hienojakoisen hiilen polttaminen, öljyn tai hienoja-15 koisen kiinteän polttoaineen eriaikainen polttaminen sekä jauhemaisen kiinteän polttoaineen polttaminen sytytyspolttimella ja varsinaisella polttimella.
US-patenttijulkaisussa 4566393 on kuvattu laite puujätetuotteiden, kuten lastujen, hakkeen ja sahanpurun polttamiseksi. Laite käsittää polttimen, joka koostuu pidennetystä sylinteristä, jossa polttoaine ja ilma sekoitetaan ja sytytetään 20 ennen niiden saapumista lämpökattilan palotilaan. Tämä tunnettu laite on tarkoitettu esimerkiksi lämpökattiloiden muuttamiseksi puujätepolttoaineille sopivaksi. Tässä tunnetussa ratkaisussa palava, kiinteä, jaettu puujäte, kuten lastut, hake ja sahanpuru, syötetään polttoaineen syöttöaukkoon kuilun kautta ja putki syöttää ilmaa puhaltimelta polttimeen polttoaineen polttamiseksi. Ilman- ” 25 syöttölaitteet on sijoitettu "ylävirtaan” niin, että ilma sekoittuu polttoaineeseen o ™ sekoittumisvyöhykkeessä. Esiliekkisuuttimet käynnistävät polttoaine- Y /ilmaseoksen palamisprosessin sylinterissä. Esisuuttimet toimivat joko nesteet mäisellä tai kaasumaisella polttoaineella, kuten maakaasulla tai polttoöljyllä.
£ Laite polttoaineen syöttämiseksi kuiluun voi olla ruuvikuljetin.
CL 1 30 US-patenttijulkaisussa 4538530 on kuvattu poltin, jolla voidaan polttaa seliu- co loosapohjaista jauhemaista polttoainetta. Alkuvaiheessa käytetään kaasu- tai o öljysytytyspoltinta, mutta se voidaan sammuttaa, kun poltin on saavuttanut riit tävän käyntilämpötilan.
3 US-patenttijuIkaisussa 4428309 on kuvattu poltin, joka toimii joko jauhemaisella hiilellä tai nestemäisellä polttoaineella tai molemmilla yhtä aikaa. Pulverisoitu hiili voidaan syöttää sekoitettuna paloilmaan.
US- patenttijulkaisussa 4333405 on kuvattu laite, jossa sekä sytytyspoltin että 5 varsinainen poltin käyttävät jauhemaista tai hienojakoista kiinteätä polttoainetta (hiiltä). Tarkoituksena tässä tunnetussa ratkaisussa on korvata öljy- tai kaasukäyttöinen sytytyspoltin kiinteää polttoainetta käyttävällä sytytyspolttimella. tässä tunnetussa ratkaisussa on mahdollista syöttää jauhe polttimeen ilman seassa.
10 US- hakemusjulkaisussa 2007095259 on kuvattu järjestely, jossa pulverimainen kiinteä polttoaine sekoitetaan öljyyn tai kaasuun ennen sytytystä.
DE- hakemusjulkaisussa 102007059280 on kuvattu puupelletti vaihtoehtoisena polttoaineena ja puupelletit ja öljyä/kaasu ovat yhtäaikaisesti poltettavissa.
Tekniikan tason osalta voidaan viitata myös JP- hakemusjulkaisuun, 15 2006162208, jossa on kuvattu poltin ja sen käyttömenetelmä, jossa polttoai neena voidaan käyttää hienoksi jauhetun kiinteän polttoaineen ja siirtokaasun juoksevaa seosta. Edelleen tekniikan tason osalta voidaan viitata julkaisuihin, joissa WO- julkaisussa 2009130857 on kuvattu poltin jauhettua hiiltä varten, US-patenttijulkaisussa 6098553 järjestely perinteisen hiilipolttimen muuntami-20 seksi polttimeksi, jossa käytetään kosteaa, rakeista sekä kiinteätä polttoainetta, JP- julkaisussa 11304116 on esitetty jauhetun hiilen poltin, jossa jauhetun hiilen ja kantoilman juokseva seos johdetaan polttokammioon ja myös EP-hakemusjulkaisussa 0409102 on esitetty polttolaitteisto jauhemaista hiiltä var- co ten.
o
C\J
^ 25 Ongelmana tekniikan tason mukaisissa ratkaisuissa, joissa poltetaan jauhe- ^ maista biopohjaista polttoainetta esimerkiksi mineraaliöljypohjaisen polttoai- ^ neen toimiessa tukipolttoaineena ja joissa polttimen liekki ohjataan suoraan £ lämpökattilan sisälle, on saada kaikki polttoainepartikkelit palamaan täydelli- sesti ennen savukaasukanavaan joutumista. Kiinteässä polttoaineessa esiintyy $ 30 tietty partikkeleiden keskimääräinen koko ja kokojakauma. Erityisesti kokoja-
C\J
£ kauman suurimpien partikkeleiden täydellinen palaminen ennen savukaasu- ^ kanavaa on ongelma.
4
Tekniikan taosta tunnetaan järjestelyjä, joissa tätä ongelmaa on pyritty ratkaisemaan lisäämällä prosessiin sekundaari- ja tertiääri-ilman syöttöjä, joiden tarkoituksena on mahdollistaa polttoainepartikkeleiden täydellinen palaminen.
Ongelmaa on tekniikan tason mukaisissa järjestelyissä pyritty ratkaisemaan 5 myös saattamalla palotapahtuma kiertoliikkeeseen tulipesän sisällä. Tällöin polttoainepartikkelit, etenkin suurimmat ja raskaimmat, viettävät enemmän aikaa tulipesän sisällä ja täydelliseen palamiseen on enemmän aikaa. Tällöin puhutaan ns. syklonipolttimista.
Tekniikan tasosta tunnetaan kaksi tapaa toteuttaa syklonipoltin. Ensimmäises-10 sä tavassa on tavanomainen suora poltin ja sekundaari ja mahdollisesti tertiää-ri-ilma syötetään palotapahtumaan tangentiaalisesti, jolloin massavirta lähtee pyörivään liikkeeseen. Toinen tapa on sijoittaa poltin tai useampia polttimia pa-lopesään tangentin suuntaisesti, jolloin syntyy pyörivä liike tulipesän sisälle. Ensimmäisen toteutustavan mukaisille ratkaisuille on tyypillistä, että lämpökat-15 tilan tulipesää jatketaan alkupäästään sykloniosuudella. Tästä seuraa se ongelma, että olemassa olevaa öljyllä toimivaa lämpökattilaa ei aina voida modernisoida kiinteätä polttoainetta käyttäväksi, koska lisäosalle ei ole tilaa. Toisen toteutustavan mukaista ratkaisua käytetään suuremmissa kattiloissa. Olemassa olevan lämpökattilan modernisointi tällä tavalla edellyttää myös palope-20 sän jatkamista.
Tekniikan tasosta tunnetaan myös syklonipolttimia, joissa polttoliekki johdetaan etupesään suorana sekä sekundaari- ja tertiääri-ilmaa palopesään kehän suuntaisesti, jolloin polttoaineen palamisvirta saadaan kiertävään liikkeeseen. Erilaisia syklonipolttimiin liittyviä tekniikan tasosta tunnettuja järjestelyjä on ku-” 25 vattu mm. US-patenttijulkaisuissa 6199494, 2193829, 1659631, 1835297, ™ 1910761,2811136 ja 2390056. US-patenttijulkaisuissa 2193829, 1835297 se- Y kä 1910761 on esitetty maljamaisia järjestelyjä, jotka ovat tarkoitetut pelkäs- ^ tään öljyn polttamiseen.
X
Öljypolttimista tunnetaan vielä eräs tapa ohjata palotapahtumaa. Julkaisussa S 30 US2903051 on esitetty putkimainen lämmityslaite, jonka sisälle öljyliekki ohja- co taan. Putki voi muodostaa mutkia. Tämä US-patenttijulkaisun 2903051 mukai-o nen järjestely muodostuu mutkikkaasta lämpökattilarakenteesta.
Keksinnön eräänä päämääränä on eliminoida tai ainakin minimoida tekniikan tasosta tunnettujen hybridipolttimien ongelmat ja epäkohdat.
5
Keksinnön eräänä päämääränä on luoda lämpökattila, jota käytettäessä voidaan vähentää fossiilisten polttoaineiden käyttöä ilman suuria investointikustannuksia.
Keksinnön eräänä päämääränä on saada aikaan lämpökattila, joka soveltuu 5 olemassa olevien lämpökattiloiden modernisointiin käyttämään kokonaan tai osittain uusituvista energialähteistä peräisin olevia biopolttoaineita, erityisesti puupohjaisia polttoaineita. Keksinnön eräänä päämääränä on siten luoda sellainen lämpökattila, jossa modernisoinnin edellyttämä muutos käyttämään uusituvista energialähteistä peräisin olevia polttoaineita, on toteutettavissa mah-10 dollisimman yksinkertaisin ja edullisin muutoksin.
Keksinnön eräänä päämääränä on lämpökattila, joka soveltuu uusien pelkästään tai osittain uusiutuvista energialähteistä peräisin olevia polttoaineita hyödyntävien lämpökattiloiden yhteydessä käytettäväksi mahdollisimman yksinkertaisella ja edullisella tavalla.
15 Edellä esitettyjen ja myöhemmin esille tulevien päämäärien saavuttamiseksi on keksinnön mukaiselle lämpökattilalle pääasiallisesti tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.
Keksinnön mukainen lämpökattila on sovitettu veden lämmittämiseksi, jossa lämpökattilassa poltetaan fossiilista polttoainetta, kuten öljyä tai kaasua, ja 20 jauhemaista biopolttoainetta. Keksinnön mukainen lämpökattila käsittää erillisen jauheensyöttökanavan jauhemaisen biopolttoaineen syöttämiseksi. Keksinnön mukainen lämpökattila käsittää palopäänjatkeen liekin ja palokaasujen ohjaamiseksi polttokammion kehälle tangentin suuntaisesti. Edullisesti palo- oo päänjatkeessa on vähintään yksi mutka, δ c\j ^ 25 Keksinnön mukaisessa lämpökattilassa palopäänjatke on siten rakenne, joka v liitetään fossiilista polttoainetta varten olevan palopäähän, kuten öljy- tai kaa-
O
00 supolttimen palopäähän jatkeeksi. Palopäänjatkeen tarkoituksena on ohjata | liekkiä ja pitää liekki koossa. Tekniikan tason mukaisissa öljy- tai kaasupoltti-
Tt missä liekki palaa tyypillisesti suoran lieriömäisen palopään ohjaamana suo-
CO
” 30 rassa linjassa keskellä lämpökattilan palopesää. Keksinnön mukaisen palo-
CNJ
£ päänjatkeen avulla liekki voidaan ohjata kulkemaan lämpökattilan palopesän 00 reunalle tangentin suuntaisesti. Tällöin saadaan aikaan ns. syklonityyppinen palotapahtuma, jonka edut ovat sinänsä hyvin tunnettuja tekniikan tasosta. Liekkiä ohjataan keksinnön mukaisessa lämpökattilassa palopesän reunalle 6 tangentin suuntaiseksi sellaisella palopäänjatkeella, jossa on vähintään yksi mutka. Edullisesti palopäänjatkeessa on useita mutkia, jolloin liekki tulee ulos palopäänjatkeesta lämpökattilan palopesän tangentin suuntaisena. Lisäksi hakijan suorittamissa kokeissa on havaittu, että kiinteän jauhemaisen polttoai-5 neen syttymisen kannalta on edullista, etenkin prosessin käynnistysvaiheessa, syöttää kiinteä jauhemainen polttoaine fossiilisen polttoaineliekin sisään. Palo-päänjatke estää kiinteän jauhemaisen polttoaineen poistumisen liekistä liian aikaisin. Keksinnön mukaisen lämpökattilan tyypillinen ajotapa on sellainen, että hybridipoltin käy niin kauan, että lämpökattilassa oleva vesi saavuttaa tietyn 10 ennalta asetetun lämpötilan. Hybridipoltin sytytetään uudestaan, kun lämpökattilassa olevan veden lämpötila laskee ennalta asetettuun lämpötilaan. Lämpö-kattilan palotapahtuma aloitetaan sytyttämällä fossiilisen polttoaine-kanavan kautta tuleva polttoaine liekiksi, johon johdetaan biopolttoaine jauheensyöttö-kanavaa pitkin. Fossiilisen polttoaineen syöttö voidaan lopettaa, kun palota-15 pahtuma biopolttoaineen osalta on stabiloitunut.
Keksinnön erään edullisen lisätunnuspiirteen mukaisesti jauheensyöttökanava ja jauheen purkausaukko on sijoitettu palopäänjatkeen sisälle siten, että jau-heensyöttökanavan purkausaukko on palopäänjatkeen sisällä fossiilisen polt-toaineensuuttimen jälkeen ja ennen palopäänjatkeen loppupäätä.
20 Keksinnön eräässä edullisessa sovelluksessa lämpökattilan palopesä käsittää erillisen polttokammion, joka on sijoitettu palopesän sisäpuolelle ja joka poltto-kammio käsittää lieriömäisen vaippaosan, joka on sijoitettu etäisyyden päähän lämpökattilan vaipasta. Edullisen lisätunnuspiirteen mukaisesti polttokammio käsittävää ainakin yhden päätyseinämän, joka käsittää aukon palokaasujen ^ 25 johtamiseksi eteenpäin. Polttokammion päätyseinämä, polttoaineensyöttö- o suunnasta katsottuna takaseinämä, voi olla kiinteä tai siirrettävä tai se voi olla
CvJ
^ muodostettu myös kiinteäksi tai siirrettäväksi väliseinäksi palopesään.
° Keksinnön mukaisessa lämpökattilassa edullisen lisätunnuspiirteen mukaisesti g polttokammion lieriömäisen vaippaosan etäisyys lämpökattilan palopesän vai- 30 pasta mahdollistaa palo- ja savukaasujen virtauksen polttokammion ja lämpö- g kattilan palopesän vaipan välisessä tilassa. Polttokammion päätyseinä in cv män/väliseinämän etäisyydellä etuseinämästä säädetään polttokammion ja ° vastaavasti palopesän tilavuus.
7
Keksinnön mukaisessa lämpökattilassa polttokammion vaippaseinämä saavuttaa korkean lämpötilan, mikä edistää kiinteän polttoaineen partikkeleiden palamista. Hakijan suorittamissa testeissä havaittiin yllättäen, että palotapahtuma jatkuu, vaikka öljyn syöttö katkaistiin, kunhan jauhemaisen polttoaineen ja pa-5 loilman syöttö pidettiin kytkettynä päälle. Keksijät uskovat tämän johtuvan siitä, että sekä palopäänjatkeen että polttokammion seinämät kuumenevat erittäin kuumiksi ja siitä että syklonimaisessa palotapahtumassa uusi jauhemainen polttoaine syötetään pyörivän liekin sisälle. Seinämien lämpötilaa ei mitattu, mutta silmämääräisesti niiden havaittiin hehkuvan punaisena tai jopa orans- 10 sinpunaisena. Tavanomaisessa tekniikan tasosta tunnetussa lämpökattilassa palopesän vaippa on suhteellisen viileä, koska sen toisella puolella on vettä, jolloin lämpö johtuu tehokkaasti seinämästä veteen. Keksinnön mukaisessa lämpökattilassa polttokammion vaipan kummallakin puolella virtaa kuumat palokaasut.
15 Keksinnön erään edullisen lisätunnuspiirteen mukaisesti lämpökattilassa palo-virtaus muodostaa kehämäisen virtauksen, koska polttokammioon muodostuu palopäänjatkeen ansiosta sykloni-tyyppisen palotapahtuman, jolloin raskaimmat partikkelit hakeutuvat kammion ulkokehälle eivätkä siten raskaimmat partikkelit pääse poistumaan polttokammiosta ennen kuin ovat palaneet kaasuksi.
20 Keksinnön erään edullisen lisätunnuspiirteen mukaisesti polttokammio on mo-duulirakenteinen ja edullisesti muodostettu toisiinsa peräkkäin yhdistetyistä lieriömäisistä suikaleista. Lieriömäiset suikaleet voidaan yhdistää toisiinsa jo valmiiksi kehämäisinä tai tasomaisina ja muodostaa kehä liittämällä suikaleen päät toisiinsa lieriön muodostamiseksi. Keksinnön tämän edullisen lisätunnus- 25 piirteen mukaisesti polttokammion päätyseinän etäisyys etuseinästä on sää-o dettävissä suikaleiden määrää muuttamalla. Etäisyyden säätö on myös toteu-
C\J
^ tettavissa liittämällä suikaleet toisiinsa teleskooppimaisesti.
i c3 Lämpökattilan polttokammio on kuluva osa ja sen kuluminen voi olla epäta- £ saista, johtuen esimerkiksi polttokammion eri kohtiin kohdistuvasta erilaisesta
CL
30 lämmön vaikutuksesta. Keksinnön edellä kuvatun mukaisia suikaleita voidaan g ’’kierrättää” eli niiden keskinäistä järjestystä voidaan vaihtaa tasaisemman ku-
LO
w lumisen aikaansaamiseksi. Lisäksi on mahdollista vaihtaa uusiin tämän kulu- ^ van osan uusinnan yhteydessä vain erityisen kuluneet suikaleet.
8
Keksinnön mukaisen hybridipolttimen yhteydessä voidaan käyttää syklonipolt-timista sinänsä tunnettua kehältä johdettavaa sekundääri- ja/tai tertiääri-ilmavirtausta palotapahtuman tehostamiseksi.
Sovellettaessa keksintöä olemassa olevan lämpökattilan modernisointiin hyö-5 dyntämään osittain uusiutuvista energialähteistä peräisin olevia polttoaineita voidaan hyödyntää olemassa olevaa öljy- tai kaasupoltinta pienin muutoksin eli vain jauhemaisen polttoaineen syöttökanava, palopäänjatke ja polttokammio lisätään keksinnön mukaisesti. Muilta osiltaan öljypoltin säilyy alkuperäisellä paikallaan, jolloin muutos ei vaadi lisätilaa ja on toteutettavissa kaikkiin ole-10 massa oleviin lämpökattiloihin.
Keksinnön mukaisessa lämpökattilassa käytettävä biopolttoaineen raaka-aine (pelletti, hake, tai muu uusiutuva raaka-aine) jauhetaan, edullisesti hienojakoiseksi, jauheeksi. Jauhaminen suoritetaan polttimen välittömässä läheisyydessä olevalla jauhimella ja jauhettu biopolttoaine ohjataan erillistä jauheensyöttö-15 kanavaa pitkin palopäänjatkeen sisälle. Jauhemainen biopolttoaine kulkeutuu palopään sisällä sytytettyyn fossiilisen polttoaineen liekkiin. Fossiilinen polttoi-neen liekki voidaan sammuttaa, kun biopolttoaineliekki palaa tai tarvittaessa biopolttoaineliekkiä ylläpidetään fossiilisen polttoaineen avulla. Edullisesti fossiilisen polttoaineen syöttömäärää pienennetään merkittävästi sulkemalla osa 20 suuttimista kokonaan ja/tai korvaamalla osa suuttimista pienemmän tuoton suuttimella.
Keksinnön mukaisen lämpökattilan polttoaineina käytetään fossiilista ja biopolttoainetta, edullisesti jauhettuja puupellettejä ja kevyttä polttoöljyä, joita käytetään ainakin biopolttoaineliekin sytyttämisvaiheessa samanaikaisesti. Erittäin ” 25 edullisesti biopolttoaineen osuus käytettävästä polttoaineesta maksimoidaan o ™ niin suureksi kuin se on teknisesti mahdollista siten, että biopolttoaineella on Y tuotettavissa vähintään puolet polttimella tuotettavasta energiasta, o C\1 x Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin oheisen piirustuksen
CC
kuvioihin viitaten, joiden yksityiskohtiin keksintöä ei kuitenkaan ole tarkoitus mi- 1 30 tenkään ahtaasti rajoittaa.
CO
LO
£ Kuviossa 1 on kaavallisesti esitetty eräs esimerkinomainen lämpökattilaraken- ^ ne, jossa kammio kolmiulotteisena kuvantona.
9
Kuviossa 2 on kaaviollisesti esitetty kuvion 1 esimerkinomainen lämpökattila-rakenne sivukuvantona.
Kuviossa 3 on kaaviollisesti esitetty eräs esimerkki moduulirakenteisesta polt-tokammiosta.
5 Kuvioissa 1 - 2 on kaaviollisesti esitetty eräitä edullisia esimerkkejä eräistä keksinnön edullisista sovelluksista. Samoilla viitemerkinnöillä kuvioissa 1 - 3 on osoitettu toisiaan vastaavia osia, ellei toisin ole mainittu.
Kuvioiden 1 - 2 mukaisessa edullisessa esimerkissä on esitetty kaaviollisesti lämpökattila 10 edullisesti veden lämmittämistä varten. Sinänsä tekniikan ta-10 sosta tunnetusti lämpökattila 10 käsittää palopesän 17, josta palokaasuvirtaus johdetaan lämpökattilan 10 vaipan 22 ja palopesän17 vaipan 32 väliin lämmittämään ko. välissä kulkevissa lämmitysväliaineenvirtausputkissa (ei esitetty) kulkevaa lämmitysväliainetta, joko esimerkiksi palopesän 17 takaosaan tai etuosaan sijoitetun virtauskanavan kautta (ei esitetty). Lämpökattilassa 10 15 käytetään fossiilista polttoainetta ainakin sytyttävänä polttoaineena ja jauhemaista biopolttoainetta pääasiallisena polttoaineena. Lämpökattila käsittää palopään 12, johon johdetaan fossiilinen polttoaine ainakin yhtä fossiilisen polttoaineen syöttökanavaa 11 pitkin ja jauheensyöttökanavan 15 jauhemaisen biopolttoaineen syöttämiseksi. Fossiilisen polttoaineen syöttökanavan 11 loppu-20 päähän on sijoitettu suutin. Lämpökattila 10 käsittää palopäähän 12 yhdistetyn palopäänjatkeen 13 palokaasuvirtauksen polttokammion 16 kehälle tangentin suuntaisesti ja kehää seuraavaksi spiraalimaiseksi paiokaasuvirtaukseksi. Pa-lopäänjatkeessa 13 on vähintään yksi mutka. Jauheensyöttökanavan 15 pur-kausaukko on sijoitettu palopäänjatkeen 13 sisälle siten, että jauheensyöttö- ” 25 kanavan 15 purkausaukko on palopäässä 12 / palopäänjatkeessa 13 fossiili- o ^ sen polttoaineen syöttökanavan 11 päässä olevan polttoainesuuttimen jälkeen
C\J
7 ja ennen palopäänjatkeen 13 loppupäätä.
o
C\J
x Lämpökattilassa 10 palopäänjatke 13 on siten rakenne, joka liitetään fossiilista
CC
polttoainetta varten olevan palopäähän 12, kuten öljy- tai kaasupolttimen paloni 30 päähän 12 palopäänjatkeeksi 13. Palopäänjatkeen 13 tarkoituksena on ohjata
CO
liekkiä ja pitää liekki koossa. Palopäänjatkeen 13 avulla liekki voidaan ohjata o kulkemaan lämpökattilan polttokammion reunalle tangentin suuntaisesti. Täl löin saadaan aikaan ns. syklonityyppinen palotapahtuma, jonka edut ovat sinänsä hyvin tunnettuja tekniikan tasosta. Liekkiä ohjataan lämpökattilassa 10 10 polttokammion reunalle tangentin suuntaiseksi sellaisella palopäänjatkeella 13, jossa on vähintään yksi mutka. Edullisesti palopäänjatkeessa on useita mutkia, jolloin liekki tulee ulos palopäänjatkeesta 13 lämpökattilan 10 polttokammion 16 tangentin suuntaisena. Palopäänjatke 13 estää kiinteän jauhemaisen polt-5 toaineen poistumisen liekistä liian aikaisin. Lämpökattilan tyypillinen ajotapa on sellainen, että hybridipoltin käy niin kauan, että lämpökattilassa oleva vesi saavuttaa tietyn ennalta asetetun lämpötilan. Hybridipoltin sytytetään uudestaan, kun lämpökattilassa olevan veden lämpötila laskee ennalta asetettuun lämpötilaan. Lämpökattilan 10 palotapahtuma aloitetaan sytyttämällä fossiili-10 sen polttoainekanavan 11 kautta tuleva polttoaine liekiksi, johon johdetaan biopolttoaine jauheensyöttökanavaa 15 pitkin. Fossiilisen polttoaineen syöttö voidaan lopettaa, kun palotapahtuma biopolttoaineen osalta on stabiloitunut.
Kuvioiden 1- 2 mukaisessa sovelluksessa lämpökattilan 10 palopesä 17 käsittää erillisen polttokammion 16, joka on sijoitettu palopesän 17 sisäpuolelle. 15 LämpökattilalO käsittää lieriömäisen vaippaosan 22 ja etu- sekä takapäätysei-nämät 21, 23. Palopesä 17 käsittää lieriömäisen vaippaosan 32 ja päätysei-nämän 33. Polttokammio 16 käsittää lieriömäisen vaippaosan 42 ja päätysei-nämän 43. Polttokammio 16 on sijoitettu etäisyyden päähän lämpökattilan 10 sisäpuolella olevan palopesän 17 vaipasta 32. Edullisesti polttokammion 16 20 päätyseinämä 43 käsittää aukon 45 palokaasuvirtauksen johtamiseksi palo-pesään 17. Polttokammion 16 päätyseinämä 43 voi olla kiinteä tai siirrettävä tai se voi olla muodostettu myös kiinteäksi tai siirrettäväksi väliseinäksi (ei esitetty). Polttokammion 16 lieriömäisen vaippaosan 42 etäisyys palopesän 17 vaipasta 32 mahdollistaa palo- ja savukaasujen virtauksen polttokammion 16 25 ja palopesän 17 vaipan 42 välisessä tilassa. Polttokammion 16 päätyseinämän co 43 etäisyydellä lämpökattilan 10 etuseinämästä 21 säädetään polttokammion ° 16 ja vastaavasti palopesän 17 tilavuus.
i
CM
^ Kuviossa 3 on esitetty kaavallisesti moduulirakenteinen polttokammio 16, jon- 00 ka vaippa 42 on muodostettu toisiinsa peräkkäin yhdistetyistä lieriömäisistä £ 30 suikaleista 421. Lieriömäiset suikaleet 421 voidaan yhdistää toisiinsa jo val-
Tt miiksi kehämäisinä liitoselinten 422, 423 välityksellä tai tasomaisina ja muo-
CQ
$ dostaa kehä liittämällä suikaleen päät toisiinsa lieriön muodostamiseksi. Siten
C\J
£ polttokammion 16 päätyseinämän 43 etäisyys lämpökattilan 10 etuseinämästä ^ 21 ja vastaavasti takaseinämästä 23 on säädettävissä suikaleiden määrää 35 muuttamalla.
11
Keksintöä on edellä selostettu vain eräisiin sen edullisiin sovellusesimerkkeihin viitaten, joiden yksityiskohtiin keksintöä ei ole tarkoitettu mitenkään ahtaasti rajoittaa vaan monet muunnokset ja muunnelmat ovat mahdolliset keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.
CO
δ
C\J
i
CVJ
l o
CVJ
X
cc
CL
co
CO
m
CVJ
δ
CVJ

Claims (11)

12
1. Lämpökattila polttoaineen polttamista varten, erityisesti jauhemaisen, biopolttoaineen, edullisesti jauhemaiseksi jauhetun puun, polttamista varten, joka lämpökattila (10) käsittää hybridipolttimen, joka käsittää vä-5 lineet (11, 15) fossiilisen polttoaineen ja biopolttoaineen syöttämiseksi ja polttamiseksi ja jossa fossiilinen polttoaine on sovitettu ainakin sytyttäväksi polttoaineeksi ja biopolttoaine on sovitettu toiseksi, edullisesti varsinaiseksi polttoaineeksi, lämpökattila (10) käsittää palopään (12) ja palopäähän (12) yhdistetyn palopäänjatkeen (13) ja palopäänjatkeen (13) 10 sisälle johdetun jauheensyöttökanavan (15) biopolttoaineen syöttämi seksi lämpökattilan (10) palopesään (17) sijoitettuun polttokammioon (16), tunnettu siitä, että lämpökattilan (10) palopäänjatke (13) käsittää ainakin yhden mutkan liekin ja palokaasuvirtauksen ohjaamiseksi polt-tokammion (16) kehälle tangentin suuntaisesti.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämpökattila, tunnettu siitä, että fos siilinen polttoaine on sovitettu liekkiä ylläpitäväksi polttoaineeksi.
3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämpökattila, tunnettu siitä, että jau-heensyöttökanava (15) ja jauheensyöttökanavan (15) purkausaukko on sijoitettu palopään (12) / palopäänjatkeen (13) sisälle siten, että jau- 20 heensyöttökanavan (15) purkausaukko on fossiilisen polttoaineen syöt- tökanavan (11) suuttimen jälkeen ja ennen palopäänjatkeen (13) loppu-päätä.
4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämpökattila, tunnettu siitä, että palo- co päänjatkeessa (13) on useita mutkia, δ C\J ^ 25 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämpökattila, tunnettu siitä, että läm- 17 pökattila on sovitettu veden lämmittämistä varten ja että lämpökattilassa O 00 on sovitettu poltettavaksi kiinteää jauhemaista biopolttoainetta ja öljyä 1 tai kiinteää jauhemaista biopolttoainetta ja kaasua.
6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämpökattila, tunnettu siitä, että läm- 30 pökattilan (10) palopesän (17) polttokammio (16) käsittää lieriömäisen ° vaippaosan (42), joka on sijoitettu kehäsuunnassa etäisyyden päähän lämpökattilan (10) palopesän (17) vaipasta (32). 13
7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämpökattila, tunnettu siitä, poltto-kammio (16) käsittää aukon (45) palokaasuvirran johtamiseksi palo-pesään (17).
8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämpökattila, tunnettu siitä, että polt- 5 tokammion (16) päätyseinämä (43) on kiinteä tai siirrettävä.
9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämpökattila, tunnettu siitä, että polt-tokammion (16) päätyseinämä (43) on muodostettu siirrettäväksi väliseinäksi polttokammion (16) ja palopesän (17) takaseinämän (33) väliin.
10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämpökattila, tunnettu siitä, että polt- 10 tokammio (16) on moduulirakenteinen ja muodostettu toisiinsa peräk käin yhdistetyistä lieriömäisistä suikaleista (421).
11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lämpökattila, tunnettu siitä, että olemassa oleva lämpökattila modernisoidaan hyödyntämään osittain uusiutuvista energialähteistä peräisin olevia polttoaineita lisäämällä olemassa 15 olevaan lämpökattilaan jauhemaisen biopolttoaineen jauheensyöttö- kanava (15), palopäänjatke (13) ja polttokammio (16). CO δ C\J C\J 0 C\J CC CL S CO m c\j δ c\j 14
FI20125364A 2012-03-30 2012-03-30 Lämpökattila FI124001B (fi)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20125364A FI124001B (fi) 2012-03-30 2012-03-30 Lämpökattila
PCT/FI2013/050341 WO2013144448A1 (en) 2012-03-30 2013-03-27 Boiler

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20125364 2012-03-30
FI20125364A FI124001B (fi) 2012-03-30 2012-03-30 Lämpökattila

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FI20125364A FI20125364A (fi) 2013-10-01
FI124001B true FI124001B (fi) 2014-01-31

Family

ID=49258311

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20125364A FI124001B (fi) 2012-03-30 2012-03-30 Lämpökattila

Country Status (2)

Country Link
FI (1) FI124001B (fi)
WO (1) WO2013144448A1 (fi)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4147115A (en) * 1977-09-14 1979-04-03 Leppert Alfred M Incinerator with gas generation
US6269755B1 (en) * 1998-08-03 2001-08-07 Independent Stave Company, Inc. Burners with high turndown ratio
US6363868B1 (en) * 1999-08-17 2002-04-02 Independant Stave Co. Combustors and burners with high turndown ratio
JP2011012836A (ja) * 2009-06-30 2011-01-20 Takahashi Kikan:Kk 多管式バイオマス燃焼バーナ

Also Published As

Publication number Publication date
FI20125364A (fi) 2013-10-01
WO2013144448A1 (en) 2013-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101576255A (zh) 一种煤粉燃烧器
JPH018803Y2 (fi)
CN103791494B (zh) 一种风冷式煤粉低氮燃烧器及其使用方法
CN203099814U (zh) 一种煤粉燃烧器
CN102607018B (zh) 一种分级送风双旋流煤粉工业锅炉燃烧器
WO2019013731A2 (en) SMOKE-FREE FUEL COMBUSTIBLE BURNER SYSTEM WITH A GASIFICATION PROCESS, FULLY AUTOMATED AND MAXIMIZED CAPACITY AND EFFICIENCY
TWI588417B (zh) 具有擴大調節範圍的固體燃料熱氣體產生器
RU2372555C2 (ru) Горелка на древесном гранулированном топливе
CN201462825U (zh) 一种煤粉燃烧器
FI124001B (fi) Lämpökattila
CN102032592A (zh) 一种煤粉点火系统及其控制方法
CN101650027B (zh) 多功能煤粉燃烧器
CN209944302U (zh) 一种均匀布料生物质燃料燃烧设备
KR101272380B1 (ko) 펠릿연료 연소장치
RU2543648C1 (ru) Плазменная пылеугольная горелка
CN102734796A (zh) 劣质煤燃烧器
CN208222526U (zh) 一种工业三废混燃炉
JP7346008B2 (ja) バイオマス燃料用燃焼炉及びボイラシステム並びにバイオマス燃料の燃焼方法
CN102679339B (zh) 煤粉燃烧器
WO2020120828A1 (en) Method for burning fuel, burner and boiler
RU2627757C2 (ru) Слоевой котел с вертикальной вихревой топкой
EP2863123B1 (en) Method of low-emission incineration of low and mean calorific value gases containing NH3, HCN, C5H5N, and other nitrogen-containing compounds in combustion chambers of industrial power equipment, and the system for practicing the method
CN202371713U (zh) 轴向涡流喷粉燃烧装置
CN101576316B (zh) 一种双锅壳卧式工业煤粉锅炉
CN102748855A (zh) 一种节能双烧嘴竖式煤粉热风炉

Legal Events

Date Code Title Description
PC Transfer of assignment of patent

Owner name: UMAPAK OY

FG Patent granted

Ref document number: 124001

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B

MM Patent lapsed