FI73813C - Panna foer foerbraenning av fast braensle. - Google Patents

Description

1 73813

Kattila kiinteän polttoaineen polttamiseksi

Keksinnön kohteena on kattila kiinteän polttoaineen polttamiseksi/ joka polttoaine kuumennettaessa ja/tai poltet-5 taessa luovuttaa palavia kaasuja, jossa kattilassa on riippuva holvikaari tulipesän syöttöaukon kohdalla, sekä arinan yläpuolelle järjestetty säteilysuojus, joka on olennaisesti savutiiviisti liitetty tulipesän etuseinään ja sivuseinään, ja elimet toisiopaloilman syöttämiseksi.

10 Tämäntyyppiset kattilat ovat aiemmin olleet hyvin laajalle levinneitä ja viime vuosien polttoöljyn ja luon-nonkaasun voimakkaiden hinnannousujen jälkeen ne ovat jälleen tulleet taloudellisesti houkutteleviksi erityisesti suurehkoja lämmityslaitoksia varten. Samoin kattilat hii-15 Ien polttamiseksi, joka luovuttaa kuumennettaessa palavia kaasuja, ovat hyvin kiinnostavia syyn ollessa se, että hinnan kannalta hiili on suotava polttoaine ja sen odotetaan pysyvän sellaisena useiden vuosien ajan. On tunnettua, että tunnetun rakenteen omaavien hiiltä polttavien 20 kattiloiden hyötyssuhteet ovat tavallisesti korkeintaan 78 % hiilen teoreettisesta lämpösisällöstä riippuen jonkin verran hiilen laadusta ja kattilan rakenteesta. Syy siihen, että hyötysuhde ei ole korkeampi, on että hiilen luovuttamat palavat kaasut suuressa määrin poistuvat palamattomi-25 na savupiipun kautta ja menevät hukkaan. Vain korkeapai-nekattiloissa, joissa tulipesän lämpötila on hyvin korkea ja joissa kattilan paloaukon lämpötila siten on merkittävästi kaasujen syttymislämpötilan yläpuolella, voidaan saavuttaa luovutettujen kaasujen yleisesti täydellinen pa-30 laminen yhdessä toisioilman kanssa ja noin 90 % hyötysuhde. Kattiloissa veden kuumentamiseksi ei tunneta tehokasta ja halpaa konstruktiota tällaisen hyötysuhteen saavuttamiseksi.

Esillä olevan keksinnön kohteena on muodostaa raken-35 ne, joka käytettynä yleisesti tunnetuissa kattiloissa veden kuumentamiseksi polttamalla kiinteää polttoainetta, 2 73813 joka luovuttaa palavia kaasuja, erityisesti hiiltä, johtaa luovutettujen palavien kaasujen tehokkaaseen palamiseen mahdollistaen siten halutun korkean hyötysuhteen saavuttamisen. Lisäksi keksinnön mukaista rakennetta voi-5 daan käyttää erilaisten polttojärjestelmien, esimerkiksi arinasyötön ja lämmittäjäsyötön jne. yhteydessä.

Kattilat, jotka on suunniteltu parantamaan hyötysuhdetta palamisessa, ovat tunnettuja; esimerkiksi DE-pa-tenttijulkaisussa 460 753 on esitetty tällainen rakenne, 10 joka kohdistuu laitteeseen, jossa tulipesiin liittyy riippuvat kuvut. Tulipesät ovat ylöspäin suunnatut savukaasujen virtaussuuntien mukaisesti. Vaikkakin rakenne pienentää lämpöhäviötä, se ei käsitä sellaista sytytys-holvikaarta, joka on esillä olevassa keksinnössä.

15 US-patenttijulkaisussa 983 510 on esitetty kattila kiinteitä polttoaineita varten, joka kattila käsittää sy-tytysholvikaaren ja katon, jota voidaan luonnehtia sätei-lysuojukseksi. Ilmaa puhalletaan sisään säteilysuojuksen ja sytytysholvikaaren väliin siten, että ilma kohdistuu 20 sytytysholvikaaren kivien väliin ja alas kohti rakoari- naa. Vaikkakin tämä järjestely epäilemättä parantaa palamista, se myös lisää savukaasujen nopeutta, mikä estää kaasujen täydellisen polton.

Keksinnön mukaisesti yllä mainittu kohde saavute-25 taan patenttivaatimuksessa 1 esitetyllä ja luonnehditulla kattilalla. Alaspäin kaltevan oleellisen savutiiviin säteilysuojan sijoittamisella kuvatulla tavalla saavutettu etu on, että palavat kaasut, jotka luovutetaan pääosin säteilysuojan peittämällä alueella, nousevat ylös sen 30 alle ja sekoittuvat toisioilmaan, joka syötetään tällä alueella ja syttyvät syyn ollessa se, että tilassa säteilysuojan alla on korkea lämpötila (sekä korkea ilman lämpötila samoin kuin korkea säteilylämpötila) ennen kuin toisioilman ja palavien kaasujen seos ennättää suhteelli-35 sen kapeaan paloaukkoon taaimpana kattilassa. Koska palavat kaasut siten syttyvät ja palavat täysin tulipesässä, 3 7381 3 on mahdollista saavuttaa yleisesti tunnetun rakenteen omaavilla kattiloilla samat korkeat hyötysuhteet kuin tunnetaan öljyä ja kaasua polttavista kattiloista ja hiiltä polttavista korkeapainekattiloista.

5 On edullista, että säteilysuoja on rakennettu si ten, että se ulottuu yli puolimatkaan kohti kattilan takaseinää, ja erityisen edullista on, jos se saavuttaa vähintään 3/5 etäisyydestä kattilan takaseinään jättäen paloaukoksi 2/5 tai vähemmän kattilan pituudesta. Etu on 10 siinä, että suuri pituus lisää keskimääräistä aikaa, jonka kaasut ovat alueella, jossa ne voivat syttyä ja lisää siten myös kattilan korkean hyötysuhteen mahdollisuutta. Kuinka pitkä säteilysuojan tulee tarkasti olla, riippuu kattilan rakenteesta ja käytetystä polttoaineesta, mutta 15 tekniikkaan perehtyneet voivat löytää oikean pituuden yksinkertaisella tavalla esimerkiksi ottamalla savuana-lyysejä.

Tukemalla säteilysuoja, kuten on esitetty ja luonnehdittu patenttivaatimuksessa 3, saavutetaan erityinen 20 etu siinä, että säteilysuojan tukirakenne on myös kuumen-nuspinta kattilarakenteessa, jolloin materiaalit siten samalla kertaa täyttävät useita toiminnallisia tarkoituksia, mikä myötävaikuttaa halvan kokonaiskonstruktion suuntaan.

25 Lopuksi keksintöä voidaan luonnehtia patenttivaa timuksessa 4 esitetyllä tavalla. Irralleen sijoitettujen, mutta kiinnitettyjen elementtien etu on, että ei ole vain helppoa suorittaa vaihto, kun tämä vaaditaan tietyn käyttöjakson jälkeen, vaan on myös mahdollista yksinkertai-30 sella ja nopealla tavalla muuttaa säteilysuojan kokoa poistamalla tai lisäämällä joitakin keraamisia elementtejä. Jälkimmäinen voi olla edullista, kun vaihdetaan polt-toainetyyppien välillä, joilla polttoainetyypeillä on erilaiset kaasusisällöt ja vaihtelevat syttymislämpötilat 35 luovutetuille kaasuille.

Keksintöä kuvataan nyt yksityiskohtaisemmin ja vii- 4 73813 täten oheiseen piirustukseen, joka esittää pystysuuntaisen poikkileikkauksen keksinnön mukaisen kattilan edullisesta suoritusmuodosta.

Kattila on esitetty kokonaisuudessaan kuviossa.

5 Riippuva holvikaari 2 on sijoitettu kiinteän polttoaineen syöttöaukkoon, joka tässä kattilassa on varustettu liikkuvalla arinalla 10, joka on tulipesän 11 pohjalla. Keksinnön mukaisesti säteilysuoja 3 ulottuu tulipesän etuseinästä 6 kaaren 2 yläpuolisesta linjasta savutiiviinä ja 10 savutiiviisti liittyneenä mainittuun tulipesän 11 etuseinään 6 ja kahteen sivuseinään ollen kalteva alaspäin arinan 10 yläpuolella. Säteilysuojus 3 on koottu sopivasti muotoilluista keraamisista elementeistä 4, jotka muodostavat ei-itsekantavan suojuksen, jota kannattavat useat 15 yhdensuuntaiset putket 5, jotka nousevat vinosti ylöspäin tulipesän 11 takaseinästä 7, jolloin tukirakenteen kunkin putken 5 sisäpuoli on avoimessa liitoksessa kattilan takaseinässä olevan vesikammion kanssa. Etummaisena kattilassa 1 putket 5, jotka kannattavat säteilysuojusta vas-20 taavalla tavalla, on kukin liitetty kattilan etuseinässä olevaan vesikammioon. Tällä rakenteella kattilavesi -lappovaikutuksen avustamana - voi virrata vapaasti ylöspäin kaltevasti putkien läpi pitäen siten nämä putket riittävän jäähdytettyinä kattilan toiminnan aikana, niin 25 että ne eivät menetä kannatuskykyään. Esitetyssä kattilassa 1 käytetyillä tukiputkilla 5 on pyöreä poikkileikkaus, mutta muitakin poikkileikkauksia voidaan käyttää, esimerkiksi soikeaa tai suorakulmaista. Kullakin sopivasti muotoillulla keramiikkalementillä 4 on leveysdimen-30 sio suorassa kulmassa piirustuksen esitettyyn poikkileikkaukseen nähden, joka on yhtä suuri kuin putkien 5 välinen etäisyyys. Elementtien 4 poikkileikkaus kohtisuorassa suunnassa putkien 5 suhteen on samanlainen kuin tiimalasin siten, että kunkin elementin 4 kullekin 35 sivulle on muodostettu pituussuuntainen uurre tai ura,

It 5 73813 joka kooltaan ja muodoltaan vastaa pääosin tukiputkien 5 puolta poikkileikkausta. Täten sopivasti muotoillut elementit 4 on ripustettu putkille 5 ja, kun kattila on toiminnassa ja elementit on kuumennettu, liittyvät ne niin 5 tiukasti yhteen, että savupurkaus pakotetaan oleellisesti taaksepäin kattilassa. Sisääntulo 9 toisioilmaa varten on muodostettu tulipesän 11 etuseinän 6 läpi kaaren 2 alapuolelle.

Pääosin kattila 1 toimii kuten tunnetut kiinteän 10 polttoaineen kattilat ja tässä kuvataan vain eroa toimintatavassa johtuen keksinnön mukaisesta säteilysuojasta 3.

Säteilysuoja 3 estää palavia kaasuja ja savukaasuja nousemasta arinan 10 etupäästä ja pakottaa ne taaksepäin tulipesässä 11, missä ne yhdistyvät ylimääräiseen 15 ilmaan ja arinan 10 takapäästä nouseviin kaasuihin ja virtaavat paloaukon 8 läpi ja täältä eteenpäin kattilan läpi ja savupiippuihin. Tällä tavoin on aikaansaatu tarkoituksenmukainen tasainen kaasupurkaus arinasta. Samalla esitetyllä konstruktiolla aikaansaadaan lämmön säteily 20 putkien 5 läpi virtaavaan veteen. Yllättävä ja edullinen vaikutus on, että savu- ja kaasutiiviillä keraamista ainetta olevalla jossain määrin lämpöä eristävällä suojuksella aikaansaadaan pihta, jolla on pintalämpötila, joka on vesikattilalle suhteellisen korkea.

25 Kokonaisvaikutus on, että nämä palavat kaasut syt tyvät ja voivat siten myötävaikuttaa ilmeiseen lisäykseen kattilan termisessä hyötysuhteessa. Kattilalla, jossa on säteilysuojus, kuten esitetty suojus, on toiminnassa siten saavutettu termisiä hyötysuhteita noin 90 %.

30 Tulisi lisätä, että palavien kaasujen syttyminen voi tapahtua vain jos tulipesässä on läsnä kylliksi happea.

On edullista tuoda tämä happi sisääntulon 9 läpi, jolloin tuotu ilma kuumennetaan sopivalla tavalla sen virratessa ulos riippuvan holvikaaren alta. Muita sisääntulon muo-35 toja voidaan ajatella, mutta toisioilma täytyy tuoda sillä tavoin, että se sekoittuu palaviin kaasuihin sätei- 6 7381 3 lysuojuksen 3 alla. Keksinnön muut suoritusmuodot kuin piirustuksessa esitetty ovat kuviteltavissa oleellisen kohdan ollessa, että säteilysuojalla aikaansaadaan tuli-pesäalue, jolla lämpötila mukaan lukien säteilylämpötila 5 on merkittävästi korkeampi kuin tavallisissa vesikatti-loissa ja vähintään niin korkea, että saavutetaan palavien kaasujen syttymislämpötila ja että tämä pesän alue on muodostettu arinan sille osalle, josta pääosa palavista kaasuista luovutetaan.

10 Yleisesti tunnettujen kattiloiden yhteydessä, jois sa on ylöspäin kaltevat säteilysuojat, mahdollisuudet kattilan kuormituksen muuttamiseen ovat varsin pienet, koska esimerkiksi pienentynyt kuormitus antaa lisääntyneen C>2-% kaasuihin johtaen siten huonompaan hyötysuhteeseen.

15 Siten kuumavesikattiloilla, joissa on ylöspäin kaltevat säteilysuojukset, suositellaan korkeintaan 50 % kuormituksen laskua.

Esillä olevan keksinnön mukaisten alaspäin kaltevien säteilysuojien yhteydessä on esitetty olevan mahdollista vähentää kuorma suoraan 25 %:iin täydestä kuormas-20 ta säilyttäen yhä erittäin korkea hyötysuhde syyn ollessa, että hyötysuhde itse asiassa kasvaa hivenen kun kuormitusta vähennetään. Tämä johtuu siitä, että ylöspäin nousevat kaasut eivät voi välttyä palamiselta, kun säteilysuo-jus on konstruoitu, kuten yllä on kuvattu.

25 Järjestyksen vuoksi tulisi mainita, että kiinteäl lä polttoaineella on ymmärrettävä kaikenlaisia polttoaineita, esimerkiksi puuta, olkea, pellettejä, turvetta, oliivinkiviä tai prikettejä.

Lopuksi keksintö ei rajoitu vesijäähdytteisiin 30 putkiin, joilla on tietty poikkileikkaus. Putket, joilla on kaikki mahdolliset poikkileikkaukset, ovat ajateltavissa esimerkiksi pyöreä, kolmiomainen, soikea tai neliömäinen.

li

Claims (5)

7 Patenttivaatimukset 7 3 81 3

1. Kattila kiinteän polttoaineen polttamiseksi, joka polttoaine kuumennettaessa ja/tai poltettaessa luo- 5 vuttaa palavia kaasuja, jossa kattilassa on riippuva holvikaari (2) tulipesän (11) syöttöaukon kohdalla, sekä arinan (10) yläpuolelle järjestetty säteilysuojus (3), joka on olennaisesti savutiiviisti liitetty tuli-pesän etuseinään (6) ja sivuseiniin, ja elimet (9) toi-10 siopaloilman syöttämiseksi, tunnettu siitä, että säteilysuojus (3) on sovitettu riippuvan holvikaaren (2) yläpuolelle ja ulottuu alaspäin kulkevana arinan (10) yli ja kattaa tästä suuremman osan kuin riippuva holvi-kaari (2), ja että sisääntulo (9) toisiopaloilmaa varten 15 on sovitettu arinan (10) yläpuolelle ja avautuu tulipe-sään (11) riippuvan holvikaaren alla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kattila, tunnettu siitä, että säteilysuojuksen pituus on vähintään puolet etäisyydestä tulipesän (11) etuseinästä (6) 20 takaseinään (7) ja edullisesti vähintään 6/10 tästä etäisyydestä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kattila, tunnettu siitä, että säteilysuojus (3) on koottu sopivasti muotoilluista, keraamista materiaalia olevista, 25 lämmönkestävistä elementeistä (4) ja että tämä ei-itse-kantava säteilysuojus (3) on tuettu tukirakenteeseen, esimerkiksi putkista (5) ja johtamalla vettä niiden läpi, kun kattila on toiminnassa, ne pidetään jäähdytettyinä niin alhaiseen lämpötilaan, että putken (5) kannatus-30 kyky säilytetään.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen kattila, tunnettu siitä, että elementit (4) on siten muotoillut, että niillä on leveysmitta, joka on yhtä suuri kuin putkien (5) välinen etäisyys, ja niiden poikkileikkaus kohti- 35 suorassa suunnassa putkien (5) suhteen on tiimalasimainen, 8 73813 ja että säteilysuojus (3) lisäksi on muotoiltu siten, että tehollista ulottuvuutta tulipesän (11) takaseinää (7) kohti on muutettavissa lisäämällä tai poistamalla joitakin elementtejä (4).

5 il