NO149400B - Fyringskjel - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører en fyringskjel med et langs kjelens midtakse forløpende forbrenningskammer og en ved kammerets ene ende anordnet brenner for gassformige og/eller flytende brennstoffer samt med ut fra forbrenningskammerets andre ende utgå-

ende, langs en sirkel anordnede røkgassrør som er ført gjennom et ringformet vannrom som omgir forbrenningskammeret og ved kammerets brennerende munner ut i en ringformet røkgassamlekanal,

og omfattende en hetvannsbereder-

Flere av de fyringskjeier som for tiden er i drift og som er av den innledningsvis angitte type, er utført som dobbeltfy-ringskjeler eller som omstillings- og vekselfyringskjeier som tillater vekselvis drift med flytende eller gassformige eller også faste brennstoffer. Slike kjelkonstruksjoner må dog betraktes som kompromissløsninger, da de riktignok egner seg til bruk med flytende, faste og gassformige brennstoffer, men for de sistnevn-

te brennstoffer har de klart en ugunstig konstruksjon, selv om de benyttes nettopp nesten utelukkende med flytende hhv. gassformige brennstoffer, mens forbrenning av faste brennstoffer bare forekom-mer i nødstilfelle. For oppnåelse av samme kjelkapasitet må forbrenningskammeret til forbrenning av fast brensel være betydelig større enn til forbrenning av flytende eller gassformig brensel.

For de sistnevnte tilveiebringes det ideelle forbrenningskammer

ved en høy spesifikk forbrenningskarnmerbelastning, hvor flammen som i værelsestemperatur stiger til over 760°C og hvor forbrenningskammerets dimensjoner gjør det mulig at flammen brenner helt ut uten å berøre heteflåtene, da man under slike betingelser kan unngå dannelse av sot samt nærværet av ufullstendig forbrente olje-

derivater i avgassene. Ved de ovenfor nevnte dobbeltforbrennings-kjeler hhv. omstillinskjeier er det for oljedrift ikke mulig å oppnå den ytterst viktige, store forbrenningskammerbelastning med den nødvendige flammeomgivelsestemperatur på minst 760°C fordi flammen nedkjøles sterkt i det kraftig dimensjonerte forbrenningskammer, slik at sot og rester av uforbrente oljederivater kommer inn i avgassene. I de sistnevnte kjeler kan det dessuten under den åpne rist danne seg uforbrente fyringsoljekondensater som forårsaker dannelse av illeluktende avgasser. Av økonomiske be-traktninger er det derfor meget uhensiktsmessig å ta med på kjø-pet de ovenfor omtalte ulemper ved dobbelte fyringskjeier eller omstillingskjeler og vekseldriftkjeier med det for oljedrift alt-for store forbrenningskammer, når slike kjeler dog nesten uteri unntak drives med flytende og/eller gassformige brennstoffer.

Fra tysk bruksmønster DE-GM 18 89 170 er en fyringskjel

av den innledningsvis nevnte type tidligere kjent, men er utstyrt med tre trekkanaler med brennkammere anordnet ved kjelens øvre ende og utstyrt for anbringelse av en flammebrenner og hvor brenn-kammeret ved sin nedre ende går over i et utvidet parti som tjener som forbrenningskammer for fast brensel. Ved denne konstruksjjon er fullstendig utbrenning av flammen ikke mulig. Norsk patent 135 838 angir en dampkjel med et innføringsrør for en oljebrenner i kjelens øvre del. Røret utvider seg nedover til et forbrenningskammer som ved sin nedre ende går over i et utvidet flammekammer.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fyringskjel av den innledningsvis nevnte art som er egnet til å fyres med flytende eller gassformige brennstoffer og hvis forbrenningskammer er riktig belastet for oppnåelse av en flammeomgivelsestemperatur i på over 760°C og som også er dimensjonert riktig geometrisk for flammen, slik at denne kan brenne ut fritt uten dannelse av sot og uten at det blir igjen ufullstendig forbrente oljederivater i avgassene. En ytterligere oppgave besto i å oppnå en lavere røk-gasstemperatur eller avgasstemperatur for ytterligere nedsettelse av varmetapene og oppnåelse av så stille drift som mulig. Videre var hensikten å skaffe en fyringskjel som er lett å rengjøre og lett å montere og som kan fremstilles uavhengig av de forskjellige lokale tilkoblingsmuligheter til en skorsten og som allikevel har alltid den samme normalutførelse.

i

Fyringskjelen ifølge oppfinnelsen utmerker seg ved

a) at forbrenningskammeret mellom brennerenden og den motsatte ende er utvidet trinnaktig fra et sylindrisk primærforbrenningsrom til et sylindrisk sekundærforbrenningsrom for samme brensel med i forhold til primærforbrenningsrommet større diameter, b) at varmtvannsberederen grenser til det ringformede vannrom som omgir forbrenningskamrene for kjelvannet langs en koaksial skillevegg som ligger an mot de i sirkel anordnede røkgassrør, c) at for omledning av røkgas-sene er sekundærforbrenningskammeret avsluttet med en sokkel som er utformet som kjelunderdel i hvis randområde røk-gassrørene munner ut, og d) at røkgassamlekanalen er innarbeidet i fyringskjelens endevegg nå brennersiden i form av en ringnotaktig utsparing.

Fordelen ved to forskjellig store forbrenningsrom består i at det i primærforbrenningsrommet hvis diameter er 10-20% større enn flammens diameter, som ved brennere med samme ytelse som finnes i handelen er omtrent like stor, oppnås en flammeomgivelsestemperatur på omtrent 900°C, som sikrer en fullstendig og sotfri forbrenning, mens sekundær-forbrenningsrommet som er utført med større diameter, er tilstrekkelig stort til å sikre fullstendig utbrenning av flammen uten berøring med heteflåtene, slik at dannelse av sot og uforbrente oljederivater forhindres. Fullstendig utbrenning av flammen er nemlig umulig hvis flammen støter mot en heteflate.

Ved en foretrukken utførelse kan sokkelen bestå av

en isoleringsplate som i det minste på innersiden er utforet med en blikkmantel.

Endeveggen på brennersiden er fortrinnsvis forsynt med en isoleringsplate med en blikkmantel, og i midten har den fortrinnsvis en med kjelens midtakse koaksial åpning for gjennomføring av brenneren som er påflenset endeveggens blikkmantel.

Kjelens endevegg kan ved hjelp av ved kanten motsatt anordnede hengsler være anordnet oppsvingbar mot innbyrdes motsatte sider.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere nedenfor ved hjelp <!>av et eksempel og under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom fyringskjelen tatt langs linjen I-l på fig. 2, men omfattende også delsnitt langs linjen II og III som er forskjøvet i forhold til linjen I-l, og fig. 2 er et grunnriss av kjelen. i Fig. 1 viser en opprettstående fyringskjel 10 med et pri-mært forbrenningsrom 11 med en sylindrisk primærheteflate 12 og<1 >et sekundært forbrenningsrom 13 med en likeledes sylindrisk sekundærheteflate 14 som slutter seg til forbrenningsrommet 11. Forbrennings rommet 13 er nedentil lukket med en bunn 15 av sjamott.

70 og omgitt av isolasjon 71.

For bestemmelse av primærheteflatens 12 størrelse går man ut fra en empirisk tilveiebragt temperaturtaktor. For konstruk-sjonen av en fyringskjel med en bestemt nyttevarmeytelse kan man først beregne den dertil nødvendige fyringsoljemengde, idet det ved den fyringskjel som her beskrives, legges til grunn en oppnåe-lig fyringsvirkningsgrad på 95%. Da kjelen er fullstendig isolert, kan man se bort fra varmetapene gjennom veggene. Da et kilogram lett fyringsolje svarer til i det minste 10 000 kcal, kan man ved omregning og under hensyntagen til virkningsgraden på 95% bestem-me den oljemengde som kreves pr. driftstime for oppnåelse av en i bestemt kjelytelse. Ved en eksisterende fyringskjel med bestemt forbrenningsromstørrelse kan man ved måling ved hjelp av termo- ' elementer umiddelbart ved forbrenningsrommet slå fast om den til-strebede høye flammeomgivelsestemperatur på ca. 900°C er oppnådd. Hvis dette er tilfelle, kan så heteflaten av dette forbrennings-. rom dimensjoneres riktig for tilfredsstillelse av de oppsatte betingelser. Kvotienten av forbrenningsromheteflaten im 2 og olje-forbruket pr. time i liter fremstiller da temperaturfaktoren. For enhver annen kjelytelse kan man da ved multiplisering av det be-; regnede oljeforbruk pr. time i liter med temperaturfaktoren beregne den nødvendige primærheteflate for det i dette tilfelle øvre forbrenningsrom.

Diameteren for det øvre forbrenningsrom 11 velges 10 til 20% større enn flammens diameter, som er omtrent like stor ved alle handelsvanlige brennere med samme ytelse. Fra den på denne måte bestemte diameter av forbrenningsrommet 11 og primærheteflatens 12 størrelse kan så lengden av forbrenningsrommet 11 beregnes.

Forholdet mellom størrelsen av forbrenningsrommets 11 primærheteflate 12 og forbrenningsrommets 13 sekundærheteflate 14 skal være 1:2,5 til 1:4. Forbrenningsrommets 13 diameter skal velges 45-60% større enn forbrenningsrommets 11 diameter. Når flaten og diameteren er bestemt, kan forbrenningsrommets 13 lengde beregnes. Den på denne måte bestemte størrelse og da særlig lengden av dette rom er da valgt slik at det oppnås sikkerhet for at flammegassene strømmer inn i røkgassrørene med den ønskede temperatur på 250°-450° og kan brenne ut uten berøring av heteflåtene.

Kjelens røkgassrør 16 strekker seg mellom kjelens endeveg-ger og går ut fra området ved forbrenningsrommets 13 ende og er anordnet fordelt langs en sirkel som det fremgår av fig. 2. Disse røkgassrør danner en etterheteflate (etterkoblet heteflate) som velges omtrent 150% større enn summen av primærheteflaten og se-kundærhetéflaten. Antallet og diameteren av disse røkgassrør 16 er bestemt slik at ved en røkgasshastighet på 1-2 m/sek blir frik-sjonstapene ikke større enn ca. 2mm vannsøyle og avgasstemperaturen ved enden av rørene blir omtrent 100-120°C. Beregningen utføres pa grunnlag av luftbehovet for brenneren målt i Nm 3 med luftover-skudd på 1,2 til 1,3 for fyringsoljen "ekstralett".

Som det fremgår av fig. 1, rager ikke brennerrøret 17 som tilhører en på tegningen ikke vist brenner, ovenfra inn i forbrenningsrommet 11. Brennerrøret 17 er med en rørflens 18 festet til kjelens øvre endevegg 19, som for ettersyn og rengjøring av forbrenningsrommene og røkrørene kan svinges opp til siden, hvilket skal forklares nærmere nedenfor.

Utenpå røkrørene 16 er det anordnet en skillevegg 20 i form av et bølgerør av rustfritt materiale og med forholdsvis li-ten veggtykkelse. Denne forholdsvis tynne skillevegg støtter seg på røkrørene, som altså danner et støttestativ for skilleveggen. Skilleveggen skiller det ringformede rom 21, som omgir forbrenningsrommene 11 og 13 og som inneholder kjelevann, fra en ytre hetvannsbereder 22 med sirkelringformet tverrsnitt som utenfra slutter seg til veggen. Da den tynnveggede skillevegg 20 støtter seg på røkrørene 16, kan den ikke trykkes inn på grunn av et even-tuelt høyere trykk i hetvannsberederen 22. På den annen side be-virker tilpressingen av skilleveggen til røkrørene en meget god varmeoverføring langs røkrørene. Videre tillater den ringe maté-rialtykkelse i skilleveggen 20 at kjelen kan "puste", dvs. at skilleveggen kan utføre en begrenset frem- og tilbakegående beve-gelse i radialretningen, når og fordi beredertrykket varierer når vannet brukes, hvilket er en fordel fordi kalken fra vannet som avsetter seg på skilleveggen da vil falle av.

Kjelevannet forlater kjelevannrommet 21 gjennom en side-, rørledning 23 som er ført gjennom berederen og føres tilbake til kjelevannrommet 21 etter å ha sirkulert i fyringssystemet gjennom en rørledning 24 som igjen er ført gjennom berederen. Da det vann som føres tilbake er kaldere, kan det i kjelens nedre område finne sted korrosjon som følge av kondens eller svetting. Derfor er i det minste røkrørene 16 utført av syrefast stål. Til hetvannsberederen 22 er det tilkoblet et øvre rør 25, som tjener som utløpsrør for hetvannet, samt et nedre rør 26 som tjener som inn-løp for kaldt vann.

Røkgassrørene 16 munner ved brennerenden av kjelen ut i en røkgassamlekanal 27, som utgjøres av en ringnotformet utsparing i en sjamotteplate 28. Denne sjamotteplate er utenfra omgitt av en blikkappe 29 og danner sammen med denne kjelens endevegg 19, på brennersiden, som i dette tilfelle er en toppvegg. I denne endevegg er det utformet en på skrå oppover, radialt forløpende av-løpskanal 30 for tilkobling til et avløpsrør 32 for røkgass. I endeveggens 19 midte finnes en aksial åpning 31 for gjennomføring1 av brennerens rør 17 som ved hjelp av flenser er festet på endeveggen. Forbindelsen mellom endeveggen 19 og resten av kjelen består av hengsler 33,34, som er anordnet diametralt overfor hverandre ved endeveggens kant. Fordelen med to overfor hverandre i

i liggende hengsler er at endeveggen kan svinges opp til motsatte sider, idet bare et hengsel virker ad gangen. Dermed er det mulig i avhengighet av romforholdene på monteringsstedet for kjelen å svinge endeveggen til den ene eller den andre side når rengjø-ring, vedlikehold eller ettersyn skal foretas. Kjelendeveggen holdes i dette tilfelle med fire jevnt langs omkretsen- fordelte klembolter 35 som presser endeveggen inntil kjelens endekant. Til

tetning av kjelen tjener på innersiden av sjamotteplaten 28 anordnede tetninger 36. På innersiden av sjamotteplaten 28 finnes også i forbrenningsrommets 11 område en heteskjerm 54 som består av et for romfarten utviklet materiale og som skjermer forbrenningsrommet mot heten i en slik grad at varmetapet på dette sted er helt ubetydelig.

Til reduksjon av varmetap tjener dessuten en isolerings-mantel 55 som fullstendig omgir kjelen og som strekker seg fra toppveggen 19 til bunnflaten som kjelen står på. Denne mantel danner en glatt omkretsflate for kjelen og ut fra denne flate i kjelens øvre parti finnes det et instrumentbrett 60 hvor regule-ringsinnretninger, måleinnretninger o.l. som antydet med 61 og 62 er anordnet og som er forbundet med et måleelement 63 hhv. 64 som er ført inn i det indre hhv. det ytre vannrom.

Den ovenfor beskrevne fyringskjel har like overfor tidligere kjente kjeler av denne art tallrike fordeler bl.a. at forbrenningskammeret er riktig spesifikt belastet for oppnåelse av en flammeomgivelsestemperatur på over 760°C, og hvor videre forbrenningskammeret er dimensjonert riktig geometrisk for flammen, slik at denne kan brenne uhindret ut uten at det dannes sot og det unngås også ufullstendig forbrente oljederivater i avgassene. Kjelen som har høy flammeomgivelsestemperatur, drives med ubetydelig overtrykk 1 til 2 mm vannsøyle i primærfyringsrommet og for-brenningsgassene skyves ved hjelp av brenneren ut av sekundærfy-ringsrommet og forlater kjelen med en avgasstemperatur på 100 - 120°C, hvor gasshastigheten i røkrørene er 1-2 m/sek. Som følge av den ubetydelig motstand i kjelen kan skorstentrekket ikke inn-virke tilbake til forbrenningsrommet. Kjelen er derfor uavhengig av skorstentrekket. Det kan derfor benyttes en skorsten med li-ten diameter, f.eks. en pipe av stål, som passeres av avgassene med forholdsvis lav temperatur, slik at varmetapene også her blir små. Med denne fyringskjel innspares fyringsolje samtidig som omgivelsene utsettes for mindre sjenerende belastning.

Kjelens bunn består av sjamott og tjener som tilbakestrå-lingsflate for flammen og på grunn av sin høye temperatur begun-stiger den siste utbrenning av flammespissene. Sjamottebunnen er fordelaktig ved at det ved kald oppstarting av kjelen eller i tilfelle ved drift ved for lav temperatur, hvor det dannes svovelhol-dige kondensater, oppnås at kondensatdråpene som faller ned fra de loddrette heteflater, vil fordampe på sjamottebunnen og dermed ikke gjøre noen skade.

Fremstillingen av kjelen i form av et oventil og nedentil åpent rør som er gjort fullstendig med bunnen og toppen, er enkle-re og lettere å utføre enn når det dreier seg om fremstilling av en kjel med vannkjølt dobbeltbunn.

Kjelen er også så meget mer servicevennlig når det dreier seg om rengjøring av forbrenningsrommene og røkrørene, fordi ren-gjøringen kan skje ovenfra nedover og all smuss vil da samle seg på bunnen av forbrenningsrommet, hvorfra den kan suges bort. For rengjøring av kjelen må bare klemboltene ved toppveggen løsnes, hvoretter hele brenneren kan svinges opp, slik at forbrenningskammeret og alle røkrørene frilegges.

Claims (9)

1. Fyringskjel med et langs kjelens midtakse forløpende forbrenningskammer og en ved kammerets ene ende anordnet brenner for gassformige og/eller flytende brennstoffer samt med ut fra forbrenningskammerets andre ende utgående, langs en sirkel anordnede røkgassrør som er ført gjennom et ringformet vannrom som omgir forbrenningskammeret og ved kammerets brennerende munner ut i en ringformet røkgassamlekanal, og omfattende en hetvannsbereder, karakterisert ved a) at forbrenningskammeret mellom brennerenden og den motsatte ende er utvidet trinnaktig fra et sylindrisk primærforbrenningsrom (11) til et sylindrisk sekundærforbrenningsrom (13) for samme brensel med i forhold til primærforbrenningsrommet (11) større diameter, b) at varmtvannsberederen (22)grenser til det ringformede vannrom (21) som omgir forbrenningskamrene (11,13) for kjelvannet langs en koaksial skillevegg (20) som ligger an mot de i sirkel anordnede røkgassrør (16), c) at for omledning av røkgassene er sekundærforbrenningskammeret (13) avsluttet med en sokkel (15) som er utformet som kjelunderdel i hvis randområde røkgassrørene (16) munner ut, og d) at røkgassamlekanalen (27) er innarbeidet i fyringskjelens (10) endevegg (19) på brennersiden i form av en ringnotaktig utsparing.

2. Fyringskjel ifølge krav 1,karakterisert ved at sokkelen (15) består av en isoleringsplate (70,71) som i det minste på innersiden er utforet med en blikkmantel (70').

3. Fyringskjel ifølge krav 1 eller 2,karakterisert ved at endeveggen (19) på brennersiden består av en isoleringsplate (28) med en blikkmantel (29).

4. Fyringskjel ifølge krav 1,2 eller 3, karakterisert ved at endeveggen (19) på brennersiden er forsynt med en på skrå oppover til røkgassamlekanalen (27) tilsluttet åpning (30) for tilkobling av et røkgassavløpsrør (32) og i midten har en med kjelens midtakse koaksial åpning (31) for gjennomføring av brenneren (17) som er påflenset endeveggens (19) blikkmantel (29)'.

5. Fyringskjel ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at kjelendeveggen (19) ved hjelp av ved kanten motsatt anordnede hengsler (33,34) er anordnet oppsvingbar mot innbyrdes motsatte sider.

6. Fyringskjel ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at skilleveggen (20) støtter seg på sokkelen (15).

7. Fyringskjel ifølge et av kravene 1-6, karakterisert ved at primærheteflaten (12) som omgir primærforbrenningsrommet (11) og sekundærheteflaten (14) som omgir sekundærforbren-ningsrommet (13) er utført i innbyrdes størrelsesforhold 1:2,5 til 1:4 og at sekundærforbrenningsrommets (13) diameter er 45 - 60% større enn primærrommets (11) diameter.

8. Fyringskjel ifølge et av kravene 1-7, karakterisert ved at de ved røkgassrørene (16) dannede etteranordnede heteflater er 50 - 150% større enn primærheteflaten og sekundærheteflaten (12,14) til sammen.

9. Fyringskjel ifølge et av kravene 1-8, karakterisert ved at rørgassrørene (16), kjelunderdelen (15) som bestry-; kes av røkgassene og/eller kjelens endevegg (19) som bestrykes av røkgassene består av korrosjonsbestandig stål. I