FI74794C - Saett vid eldning med fasta braenslen. - Google Patents

Description

1 74794

Kiinteitä polttoaineita käyttävä lämmitystäpä

Esillä olevan keksinnön kohteena on erityyppisiä kiinteitä polttoaineita käyttävä lämmitystäpä tulipesässä, 5 jolloin polttoaine syötetään kaltevan arinan yläpäähän ja poltetaan ainakin osittain tämän päällä puhaltamalla sisään ensiöilmaa, mahdollisesti savukaasuun sekoitettuna, alhaaltapäin arinan ja sen päällä sijaitsevan polttoaine-kerroksen läpi suspendoiduista hienoista polttoainehiukka-10 sista muodostuvan vyöhykkeen aikaansaamiseksi polttoaine-kerroksen päälle, jolloin poistuvasta savukaasusta erotetaan savukaasun mukana seuraava palamaton alue ja se palautetaan tulipesään loppupalamista varten. Polttoaineet, jotka voivat tällöin tulla kysymykseen, ovat täyspuu, hake, 15 kuori, lastut, jyrsinturve, kappaleturve, leikattu olki, hiilimurska, kappalehiili, ruskohiili (priketit), talous-jätteet (pelletit, priketit) mainitaksemme nyt useimmin esiintyvät kiinteät polttoaineet.

Yllä luetelluista polttoaineista jokseenkin kaikki 20 paitsi täyspuu, kappalehiili ja priketit sisältävät tietyn määrän hienoja jakeita, joiden hiukkaskoko on 0-3 mm. Niinpä voi esim. hiilimurska muodostua 60-%:isesti tällaisista hienoista jakeista. Jyrsinturve ja olki sisältävät tietyn määrän hienoja jakeita pölynä. Kuivumis- ja kaasuuntumis-25 prosessin aikana palamisen yhteydessä tulipesässä hajoavat lisäksi suuremmat polttoainekappaleet pienemmiksi paloiksi, minkä lisäksi osa polttoaineesta hienonnetaan loppupalamis-vaiheessa. Poikkeuksia tästä ovat kovat pelletit ja priketit, mutta muuten voidaan laskea, että hienoja jakeita muo-30 dostuu myös palamisen aikana tulipesässä.

Tavanomaisessa lämmitystavassa ensiöilma saa virrata polttoainekerroksen läpi pienellä ilman nopeudella, jolloin hienot jakeet polttoainekerroksessa paikoitellen estävät ilmavirtauksen tämän läpi. Tämä seikka johtaa hitaaseen 35 kuivumis- ja kaasuuntumisprosessiin näillä paikallisilla 2 74794 alueilla, joilla ilman läpivirtaus estyy tai häiriytyy ja korkeaan lämpötilaan palamisvyöhykkeessä huonon jäähdytyksen takia.

Yllä mainittujen epäkohtien poistamiseksi on ehdo-5 tettu, että hienot jakeet erotetaan ja poltetaan enemmän tai vähemmän suspensiossa palamisilman ja savukaasujen kanssa tulipesässä, kun taas polttoaineen loppuosa poltetaan tavalliseen tapaan arinalla. Hienot jakeet voidaan esimerkiksi erottaa muusta polttoaineesta, ennen kuin polt-10 toaine syötetään tulipesään ja puhalletaan tulipesään palamista varten erillisen polttimen avulla. Tämä järjestely on kallis ja mutkikas. Sen tähden on myös ehdotettu poistuvasta savukaasusta savukaasun mukana seuraavan palamattoman aineen erotusta, joka muodostuu hienoista jakeista ja 15 tämän aineen palautusta tulipesään loppupalamista varten.

Keksinnön mukainen tapa on tätä viimeksi mainittua tyyppiä ja keksinnön tarkoituksena on ensisijaisesti mahdollistaa, että taloudellisesti ja palamisprosessin pitkälle menevän automatisoinnin mahdollistaen poltetaan kostei-20 ta polttoaineita ilman esilämmitystä, kuivia polttoaineita, runsaasti tuhkaa sisältäviä polttoaineita ja erilaisia ko-kojakeita sisältäviä polttoaineita alemmassa palamislämpö-tilassa kuin normaalisti käytetään ja siten, että muodostuu pienempi määrä ΝΟχ kuin on asianlaita tavanomaisessa lämmi-25 tystavassa.

Mainittu tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisella lämmitystavalla, jolle on tunnusomaista, että arinan yläosaan puhalletaan sisään ilmaa ja/tai savukaasua arinan poikki suurella paineella ilma- tai savukaasuverhon aikaan-30 saamiseksi polttoaineen syöttökohdassa puhaltamalla ylös polttoaineesta esiintyvät hienot jakeet polttoainekerrok-sesta ja että palautettu aine ilman ja/tai savukaasun kanssa puhalletaan polttoainekerroksen sisään arinan alaosassa polttoaineen jäljellä olevien hienojen jakeiden puhaltami-35 seksi ylös polttoainekerroksesta polttoainekerrosta lietso-

II

3 74794 maila ja sekoittamalla ja samanaikaisesti alentamalla arinan alaosan päällä sijaitsevan kuumimman polttoainevyöhyk-keen lämpötilaa.

Savukaasuverho arinan ylemmässä pääteosassa estää 5 tällöin jälkisytytyksen, missä polttoaineen syöttö tapahtuu, samalla kun hienojen jakeiden ylöspuhalluksella syötetyn ilman ja/tai savukaasun avulla saadaan aikaan hienojen jakeiden palaminen suspensiossa polttoainekerroksen yläpuolella. Koska palautettu aine puhalletaan polttoaine-10 kerrokseen arinan alaosassa, jossa polttoainekerroksen pää-palamisalue sijaitsee, palamislämpötila alenee siellä, erityisesti jos sisäänpuhallus tapahtuu savukaasun avulla ja esiintyvien tervatuotteiden palaminen kiihtyy tämän ansiosta. Lisäksi polttoainekerroksessa saadaan aikaan sekoi-15 tus ja hienojen hiukkasten ylöspyörteily, jotka palavat suspensiossa pääpalamisvyöhykkeen alueella esiintyvän ensiöil-man ja toisioilman kanssa.

Keksintöä selitetään lähemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa 20 kuvio 1 on kaaviollinen pystyleikkauskuva keksinnön mukaisen tavan toteutukseen käytettävästä kattilasta, kuvio 2 on päätykuva kattilaan liitetystä sykloni-erottimella varustetusta konvektioyksiköstä, kuvio 3 on leikkauskuva kuvion 1 viivaa A-A pitkin 25 kattilan ensimmäisestä arinavaiheesta, kuvio 4 on poikkileikkauskuva suuremmassa mittakaavassa kuvion 1 viivaa B-B pitkin kattilan toisesta arina-vaiheesta ja kuvio 5 on tasokuva toisesta arinavaiheesta.

30 Kattilaa on kuviossa 1 merkitty yleisesti 10:llä ja siihen kuuluu tässä lähemmin esittämättä jätetty vesiputkis-to. Kattilassa on vesijäähdytteinen arina, joka muodostuu yläosasta 11, joka on tehty vinoarinaksi ja kallistuu alaspäin kiinteän polttoaineen syöttökuilusta 12 ja liittyy ala-35 päässään alempaan arinaosaan (pohja-arinaan) 13 tämän ylä- 4 74794 päässä, jolloin alempi arinaosa on myös tehty vinoarinak-si ja liittyy yläpäällään tuhkan poistoaukkoon 14. Arina on siis sovitettu kaksivaihearinaksi, jolloin osa 11 muodostaa ensimmäisen arinavaiheen, joka on nimenomainen kui-5 vaus- ja kaasuuntumisvaihe ja joka on tehty itsesyöttäväk-si täysin jäähdytetyksi kiinteäksi arinaksi. Kuten kuviosta 3 näkyy, arinaosa 11 on tehty kaukaloksi (arinakouruksi), minkä ansiosta ensiöilmaa voidaan yksinkertaisella tavalla syöttää kaasuuntumisvyöhykkeeseen arinan päällä sijaitse-10 van polttoainekerroksen yläpuolella. Arinaosan 11 alapäähän on sovitettu kuonan murskaimia 15, koska tietyillä polttoaineilla, esim. kivihiilellä, on taipumuksena paakkuuntua suuremmiksi kappaleiksi yhdessä mahdollisesti pehmenneiden tuhka-ainesten kanssa pääpalamisvyöhykkeessä, joka sijait-15 see molempien arinaosien välisessä ylimenokohdassa. Kuonan murskaimet 15 muodostuvat ympyrän sektorin muotoisista levyistä, jotka on sovitettu syrjälleen vesiputkien väliin arinaosassa 11 ja on kiinnitetty akselille 16, jota voidaan tässä lähemmin esittämättä jätetyn laitteen, esim. hydrau-20 lisylinterin avulla kiertää edestakaisin, niin että kuonan-murskaimet 15 saadaan heilahtelemaan esitetyn ylöstyöntyvän asennon ja alas lasketun asennon välillä.

Arinaosa 13 on varustettu stoukkerilla polttoainekerroksen alassyöttöä varten asteittain tuhkan poistoaukkoa 14 25 kohti. Viitaten myös kuvioihin 5 ja 4 tähän kuuluu stoukke-ri, jossa on joukko keskenään yhdensuuntaisia arinan pituussuunnassa kulkevia tankoja 17, jotka on kattilan ulkopuolella kytketty kolmen tangon ryhminä hydrauliseen sylinteriin 18 tankojen siirtämiseksi edestakaisin. Tangoille on sovi-30 tettu poikittaisia mukaanottimia 19, joiden yläsivulla 20 on reunaviiste, joka on kääntynyt arinaosan 13 yläpäätä päin, niin että mukaanottimet liikkuessaan arinaosan 13 yläpäätä kohti siirtyvät arinaosan päällä sijaitsevan polttoainekerroksen alle, niin että ne sitten liikkuessaan ari-35 naosan alapäätä kohti työntävät polttoainekerrosta alas tuh- li 5 74794 kan poistoaukkoa 14 kohti. Sylinterien 18 iskujen taajuuden on sopivasti oltava säädettävä.

Alemman arinaosan 13 alle on liitetty johto 21 en-siöilman syöttöä varten arinaosan 13 alapuolelle, jolloin 5 tämä ensiöilma kuljettuaan arinaosan 13 läpi yhdessä savukaasujen kanssa johdetaan arinaosan 11 alasivulle, niin että se menee tämän läpi palamiskammioon kaksoisarinan yläpuolella. Ensiöilman kuljettua arinaosan 13 läpi saadaan savukaasun ja ilman seos, mikä merkitsee korkeaa kaasun 10 lämpötilaa arinaosan 11 ja 13 välisellä alueella. Tämä antaa tulokseksi kaasuvirran moninkertaisen tilavuuden suurenemisen polttoainekerroksen 36 läpi ja niin ollen polttoai-nekerroksen parantuneen läpipuhalluksen.

Kattilan 10 savukaasun poistoaukko 22 on sykloni-15 erottimen 23 välityksellä liitetty konvektioyksikköön 24, jonka poistoaukko 25 voi esilämmittimen välityksellä olla liitetty savupiippuun, jota ei kuitenkaan esitetä tässä lähemmin. Syklonierottimeen 23 kuuluu liekkiputki 26, jonka oikeaan päähän johdetaan savukaasua kattilasta. Liekkiput-20 ken sisään on tämän päiden väliin sovitettu pyörteitin 27, kun taas vasempaan päähän on sovitettu kartio 28, johon on muodostettu joukko sen vaippapinnan ympärille jaettuja rakoja 29. Kartiossa on suuosa 30, joka on yhteydessä konvektioyksikköön, kun taas tämän suuosan ja liekkiputken 26 vä-25 linen rengasmainen tila 31 on yhteydessä tangentiaalisesn poistoaukkoon 32. Kun savukaasu kulkee liekkiputken 26 läpi, pyörteitin 27 saattaa sen pyörreliikkeeseen, jolloin savukaasussa olevat kiinteät hiukkaset (pöly) tunnettujen periaatteiden mukaan singotaan liekkiputken 26 seinää vas-30 ten, kun taas puhdistettu kaasu kulkee kartion 28 keskellä. Puhdistettu kaasu menee sen jälkeen suuosan 30 kautta konvektioyksikköön, kun sen sijaan runsaasti epäpuhtauksia sisältävä savukaasu imetään ulos poistoaukon 32 kautta tähän liitetyn puhaltimen 33 avulla. Puhaltimen painepuoleen on 35 liitetty johto 34, joka laskee kattilaan 10 arinan molem- 6 74794 pien osien 11 ja 13 välisessä ylimenovyöhykkeessä.

Kattilaan 10 on myös liitetty toinen johto 35, joka laskee kattilaan arinaosan 11 kautta tämän yläalueella, jossa johto 35 voi liittyä jakolaatikkoon tai suutinramp-5 piin, joka ulottuu arinaosan 11 poikki sen kohdan alapuolella, jossa polttoainetta syötetään polttoainekuilusta 12. Johto 35 on liitetty tässä lähemmin esittämättä jätettyyn puhaltimeen ilman ja/tai savukaasun syöttöä varten suuren paineen alaisena johdon 35 kautta.

10 Kattilaan 10 polttoainekuilun 12 kautta syötetty kiinteä polttoaine muodostaa polttoainekerroksen 36 arina-osan 11 päälle ja polttoainekerroksen 37 arinaosan 13 päällä, kuten kuviossa 1 on esitetty katkoviivoin. Ilmaa tai savukaasua syötetään paineen alaisena johdon 35 kautta sel-15 laisen verhon aikaansaamiseksi, joka erottaa polttoainekuilun tulipesästä ja jonka tehtävänä myös on puhaltaa ylös polttoaineessa mahdollisesti esiintyvät hienot jakeet polt-toainekerroksesta 36. Tässä polttoainekerroksessa tapahtuu pääasiassa kuivuminen ja kaasuuntuminen, kun taas pääpala-20 misvyöhyke sijaitsee kohdassa 38 molempien arinaosien välisessä ylimenokohdassa. Ensiöilmaa syötetään johdon 21 kautta arinaosan 13 alle ja se kulkee polttoainekerroksen 37 läpi tämän arinaosan päällä, jossa loppupalaminen tapahtuu. Lämmitetty ensiöilma, joka on sekoittunut polttoainekerrok-25 sesta 37 tulevaan savukaasuun, kulkee edelleen ylös arina-osaan 11, menee tämän ja sen päällä olevan polttoainekerroksen 36 läpi siinä olevan polttoaineen kuivausta ja kaasuuntumista varten sekä edelleen polttoainekerroksen 36 päällä olevaan palamiskammioon. Savukaasun ja ilman seoksen 30 lämpötilaa voidaan säätää säätämällä polttoainekerroksen eteenpäinsyöttönopeutta arinaosalla 13. Suurempi syöttöno-peus antaa loppupalamisen korkeamman lämpötilan ja niin ollen seoksen korkeamman lämpötilan, mikä voi olla tarpeen kosteita polttoaineita käyttävässä lämmityksessä. Savukaa-35 su, joka poistuu palamiskammiosta savukaasun poistoaukon li 7 74794 22 kautta, sisältää tietysti joukon kiinteitä hiukkasia (pölyä) ja nämä hienot jakeet erotetaan suurimmaksi osaksi syklonierottimessa 23, niin että ne kuljetetaan puhalti-men 33 avulla johdon 34 kautta takaisin kattilaan, jossa 5 savukaasu ja mukana seuraava pöly puhalletaan pääpalamis-vyöhykkeeseen 38. Johtojen 34 ja 35 läpi tapahtuvan sisään-puhalluksen takia tulee polttoainekerroksen 36 yläpuolella olemaan vyöhyke, jota on merkitty katkopisteviivalla 39 kuviossa ja jossa polttoaineen hienot jakeet ovat suspendoi-10 tuneina ilman (toisioilman) ja savukaasun seokseen ja tässä tapahtuu näiden hienojen jakeiden palaminen.

Muuten johtojen 34 ja 35 kautta tapahtuvan sisään-puhalluksen avulla saavutetaan ne edut, joita on alussa seikkaperäisesti käsitelty ja jotka ovat ominaisia keksin-15 nön mukaiselle lämmitystavalle. Tässä on ainoastaan lisättävä, että ilma- ja/tai savukaasun sisäänpuhalluksen johdon 35 läpi on tapahduttava suurella paineella eikä sitä tule käynnistää, ennen kuin lämmitys on päässyt alkuun. Sekä tämä sisäänpuhallus että sisäänpuhallus johdon 34 läpi 20 osallistuvat poistuvassa savukaasussa esiintyvän pölyn kuljetukseen syklonierottimessa olevan liekkiputken 26 läpi, mutta on itsestään selvää, että savukaasujärjestelmään on tavanomaiseen tapaan sovitettu savukaasupuhallin. Erityisesti on huomattava, että johdon 34 kautta palautettu pöly 25 johdetaan kuumaan pääpalamisvyöhykkeeseen 38, jossa lämpötila on huomattavasti pölyyn sisältyvien palamattomien polt-toainehiukkasten syttymislämpötilan yläpuolella ja että polttoainekerroksen 26 yläpuolella saadaan ilman ja savukaasun sisäänpuhalluksen seurauksena johtojen 34 ja 35 lä-30 pi pyörreliike toisioilman ja savukaasun seoksessa polttoainekerroksen 36 yläpuolella suspensiovyöhykkeessä 39, mikä kaikki osaltaan vaikuttaa hienojen jakeiden tehokkaampaan palamiseen.

Keksinnön mukaista tapaa voidaan, kuten helposti ha-35 vaitaan, soveltaa muuntyyppisiin kattiloihin kuin tässä se- β 74794 litettyyn, jonka periaatteellinen rakenne kuitenkin erityisen hyvin sopii keksinnön mukaisen tavan sovellutukseen. Kuten yllä mainittiin, kattilassa on tavanomainen putkisto ja se on myös muuten rakennettu tavalla, joka on tavanomai-5 nen tässä tarkoitettua tyyppiä olevissa kattiloissa, joissa on kääntökammio palamiskammion ja savukaasun poistoaukon välissä, tarvittavat luukut jne., vaikka näitä yksityiskohtia ei ole käsitelty tässä. Pölynerotin voi tietysti olla rakenteeltaan toisenlainen, esim. suodatintyyppiä, mutta 10 syklonierotin on suositeltavampi, koska se on käyttövarma ja vaatii vähän valvontaa, samalla kun se on erittäin tehokas .

Il

Claims (1)

1. 9 74794 Patenttivaatimus Erityyppisiä kiinteitä polttoaineita käyttävä lämmitystäpä tulipesässä (10), jolloin polttoaine syötetään 5 kaltevan arinan (11) yläpäähän ja poltetaan ainakin osittain tämän päällä puhaltamalla sisään ensiöilmaa, mahdollisesti savukaasuun sekoitettuna, alhaaltapäin arinan ja sen päällä sijaitsevan polttoainekerroksen (36) läpi suspendoi-duista hienoista polttoainehiukkasista muodostuvan vyöhyk-10 keen (39) aikaansaamiseksi polttoainekerroksen päälle, jolloin poistuvasta savukaasusta erotetaan savukaasun mukana seuraava palamaton aine ja se palautetaan tulipesään loppu-palamista varten, tunnettu siitä, että arinan (11) yläosaan puhalletaan sisään ilmaa ja/tai savukaasua arinan 15 poikki suurella paineella ilma- tai savukaasuverhon aikaansaamiseksi polttoaineen syöttökohdassa (12) puhaltamalla ylös polttoaineessa esiintyvät hienot jakeet polttoaineker-roksesta (36) ja että palautettu aine ilman ja/tai savukaasun kanssa puhalletaan polttoainekerroksen sisään arinan 20 alaosassa polttoaineen jäljellä olevien hienojen jakeiden puhaltamiseksi ylös polttoainekerroksesta polttoainekerros-ta lietsomalla ja sekoittamalla ja samanaikaisesti alentamalla arinan alaosan päällä sijaitsevan kuumimman polttoai-nevyöhykkeen (38) lämpötilaa.