NO153346B - Straalingsskjold til kjel for fast brensel. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører en kjel til forbrenning av fast brensel, som kan avgi brennbare gasser, og som er bygget opp med opphengt tennbue over fyringsstedet.

Kjeler av dette slag har tidligere vært meget alminnelig utbredt og er etter de senere års voldsomme prisstigninger på brenselolje og naturgass igjen blitt økonomisk attraktive, særlig for større oppvarmingsanlegg. Ikke minst kjeler til forbrenning av kull, som ved oppvarming avgir brennbare gasser, er av interesse, ettersom kull fra et prismessig synspunkt er et fordelaktig brensel og forventes å ville være det over en lengre årrekke. Det er kjent at kjeler, som forbrenner kull, ifølge kjente konstruksjoner normalt har virkningsgrader på maksimalt 78 % av kullets teoretiske varmeinnhold, litt avhengig av kulltypen og kjelens konstruksjon, Årsaken til at virkningsgraden ikker er høyere er at de brennbare gasser som kullet avgir i stor utstrekning unn-slipper i uforbrent tilstand via skorsteinen og går tapt. Bare i høytrykks-kjeler, hvor forbrenningskammerets temperatur er svært høy, og hvor temperaturen i kjelens utbrenningsåpning derfor ligger betydelig over gassenes antennelsestemperatur, kan det oppnås en stort sett fullstendig forbrenning av de avgitte gasser med sekundærluft og en virkningsgrad på omkring 90 %. Ved kjeler til oppvarming av vann er det ikke kjent noen effektiv og billig konstruksjon til oppnåelse av en slik virkningsgrad.

Formålet med oppfinnelsen er å skaffe til veie en konstruksjon som ved anvendelse i stort sett kjente kjeler til oppvarming av vann ved forbrenning av fast brensel som avgir brennbare gasser, spesielt kull, resulterer i en effektiv forbrenning av de avgitte brennbare gasser, slik at det blir mulig å oppnå de ønskede, høye virkningsgrader. Konstruksjonen ifølge oppfinnelsen kan dessuten benyttes i forbindelse med forskjellige slags fyringssystemer, for eksempel vandrerist- og stokerfyring etc.

I overensstemmelse med oppfinnelsen oppnås ovennevnte formål med en kjel som angitt og karakterisert i patentkrav 1. Fordelen med å anbringe et nedover skrånende, rimelig røktett strålingsskjold på den angitte måte består i at forbrenningsgassene, som avgis hovedsakelig i det område som dekkes av strålingsskjoldet stiger opp under dette, blandes med sekundærluft, som tilføres til dette område, samt antennes, fordi rommet under strålingsskjoldet har en høy temperatur (såvel en høy lufttemperatur som en høy strålingstemperatur), før blandingen av sekundærluft og brennbare gasser når frem til den relativt smale utbrenningsåpning bakerst i kjelen. Ettersom de brennbare gasser således antennes og fullstendig forbrennes i kjelens for-brenningskammer, er det med kjeler av stort sett kjent konstruksjon mulig å oppnå de samme høye virkningsgrader som de som er kjent fra olje- eller gassfyrte kjeler og fra kullfyrte høytrykkskjeler.

Det er en fordel, såfremt strålingsskjoldet bygges ut slik at det strekker seg mer enn halvveis bakover mot kjelens bakre vegg, og særlig fordelaktig dersom det når ut minst 3/5 av avstanden til kjelens bakre vegg, slik at det etterlater seg en utbrenningsåpning på 2/5 eller mindre av kjelens lengde. Fordelen består i at den lange utstrekning øker den gjennomsnittlige tid som gassene befinner seg i det område hvori de kan antennes, og således også øker muligheten for å oppnå en høy virkningsgrad i kjelen. Nøyaktig hvor langt strålingsskjoldet må være er avhengig av kjelens konstruksjon og det anvendte brensel, men den korrekte lengde kan på en enkel måte fastsettes av fagfolk, for eksempel ved å foreta røkanalyser.

Ved å henge opp strålingsskjoldet som angitt og karakterisert i patentkrav 3 oppnås den spesielle fordel at den bærende konstruksjon for strålingsskjoldet også er en varmeflate i kjelkonstruksjonen, hvorved materialene således oppfyller flere funksjonelle formål på samme tid, hvilket bidrar til en billig totalkonstruksjon.

Endelig kan oppfinnelsen utmerke seg på den måte som er angitt i patentkrav 4. Fordelen med de løst anbrakte, men fastholdte elementer består i at ikke bare er det lett å foreta utskiftninger når dette er nødvendig etter en viss driftsperiode, men det er også mulig på en enkel og hurtig måte å endre strålingsskjoldets størrelse ved å ta bort eller sette inn noen av de keramiske elementer. Dette siste kan være fordelaktig såfremt det skiftes mellom brenseltyper med forskjellig gassinnhold og varierende antennelsestemperatur for de avgitte gasser.

Det skal også bemerkes at foreliggende oppfinnelse ble gjort i forbindelse méd arbeidet med en ny tennbue som er beskrevet av samme oppfinner i en patentsøknad som er inngitt samtidig med- nærværende beskrivelse, og som også hensiktsmessig kan være utformet under anvendelse av den ikke-bærende konstruksjon av formtilpassede, keramiske elementer som er opphengt i en bærende konstruksjon som tidligere beskrevet.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet mer detaljert under henvisning til med-følgende tegning som viser et vertikalt lengdesnitt gjennom en fordelaktig utførelsesform av en kjel ifølge oppfinnelsen.

Kjelen er i sin helhet betegnet med henvisningstallet 1. Den opphengte tennbue 2 er anbrakt ved innmatingsåpningen for det faste brensel, som ved denne kjel tilføres av en vandrerist som danner underlag for ildstedet 10 i forbrenningskammeret 11. I overensstemmelse med oppfinnelsen strekker strålingsskjoldet 3 seg fra forbrenningskammerets frontvegg 6 fra en linje over tennbuen 2 røktett og med røktett forbindelse med forbrenningskammerets 11 frontvegg 6 og to sidevegger skrånende nedover inn over ildstedet 10. Strålingsskjoldet 3 er bygget opp av formtilpassede keramiske elementer 4, som er satt sammen til et ikke-bærende skjold som er understøttet av et antall parallelle rør 5, som skråner oppover fra forbrenningskammerets 11 bakre vegg 7, hvor det indre av hvert rør 5 i den bærende konstruksjon står i åpen forbindelse med vannkammeret i kjelens bakre vegg. Forrest i kjelen 1 er rørene 5, som bærer strålingsskjoldet 3 på tilsvarende måte, hvert for-bundet med vannkammeret i kjelens frontvegg. Ved en slik konstruksjon kan kjelvannet, hjulpet av heverteffekten, strømme fritt på en oppover skrånende måte gjennom rørene og således holde disse tilstrekkelig avkjøt når kjelen er i drift, slik at deres bæreevne ikke går tapt. Ved den viste kjel har de anvendte rør 5 sirkulært tverrsnitt, men det kan også benyttes andre tverr-snittsformer, for eksempel ovale eller rektangulære. Hvert av de formtilpassede keramiske elementer 4 har en breddedimensjon vinkelrett på det på tegningen viste lengdesnitt som svarer til avstanden mellom rørene 5. Elemen-tenes 4 tverrsnitt i retning vinkelrett på rørene 5 har timeglasslignende form, idet det i hver side av hvert element 4 er utformet en langsgående fordyp-ning eller spor med en størrelse og form som i hovedsaken motsvarer de bærende rørs 5 halve tverrsnitt. De således formtilpassede elementer 4 er opphengt på rørene 5 og, når kjelen er i drift og elementene varmes opp, slutter så tett sammen at røkutstrømningen tvinges stort sett bakover i kjelen. Et innløp 9 for sekundærluft er utformet gjennom forbrenningskammerets 11 frontvegg 6 under tennbuen 2.

Kjelen 1 fungerer stort sett som kjente kjeler for fast brensel, og det skal her bare gjøres rede for den forskjell i arbeidsmåte sorn skyldes strålingsskjoldet ifølge oppfinnelsen.

Strålingsskjoldet 3 stanser de brennbare gasser og røkgassene som stiger opp fra den forreste ende av ildstedet 10 og tvinger dem bakover inn i forbrenningskammeret 11, hvor de blandes med overskuddsluft og de gasser som stiger opp fra den bakerste ende av ildstedet 10 samt strømmer gjennom utbrenningsåpningen 8, og herfra forover gjennorn kjelen og inn i røkrørene. Det blir på denne måte opprettet en hensiktsmessig, ensartet gassutstrøm-ning fra ildstedet. Med den viste konstruksjon blir det på samme tid oppnådd en varmestråling til vannet som strømmer gjennom rørene. En overraskende og fordelaktig effekt består i at en ved hjelp av det røk- og gasstette, noe varmeisolerende skjold av keramisk materiale eller lignende oppnår en overflate med overflatetemperatur som for en vannkjel er forholdsvis høy.

Den samlede effekt er at disse brennbare gasser antennes og kan derfor bidra til en markant økning av kjelens termiske virkningsgrad. Ved en kjel utstyrt med et strålingsskjold som vist har det således i drift blitt oppnådd termiske virkningsgrader på omkring 90 %. Det bør legges til at antennelsen av de brennbare gasser bare kan finne sted når det finnes tilstrekkelig oksygen i forbrenningskammeret. Det er hensiktsmessig å tilføre denne oksygen gjennom innløpet 9, hvorved den tilførte luft varmes opp på en hensiktsmessig måte når den strømmer ut under tennbuen 2. Det kan tenkes andre former for innløp, men sekundærluf ten må ledes inn på en slik måte at den blandes med de brennbare gasser under strålingsskjoldet 3. Det kan tenkes andre utførelsesformer av oppfinnelsen enn den som er vist på tegningen, idet det vesentlige er at det ved hjelp av et strålingsskjold opprettes et forbrenningskammerområde, hvori temperaturen, herunder strålingstemperaturen, er betydelig høyere enn ved normale vannkjeler, og i det minste så høy at de brennbare gassers antennelsestemperatur overskrides, og at dette forbrenningskammerområde etableres over den del av ildstedet hvorfra størsteparten av de brennbare gasser avgis.

Ved alminnelig kjente kjeler med oppad skrånende strålingsskjold er mulig-hetene, til å variere kjelbelastningen temmelig små, eksempelvis fordi min-sket belastning gir økt O2 % i gassene og således resulterer i lavere virkningsgrad. Ved varmtvannskjeler med oppad skrånende strålingsskjold blir det derfor anbefalt en maksimal belastningsreduksjon på 50 %.

Ved nedad skrånende strålingsskjold ifølge den- foreliggende oppfinnelse har det vist seg mulig å kunne redusere belastningen helt ned til 25 % av full belastning og likevel opprettholde den meget høye virkningsgrad, idet årsaken er at virkningsgraden faktisk stiger litt når belastningen reduseres. Dette skyldes at de oppadstigende gasser ikke kan unngå forbrenning når strålingsskjoldet er konstruert som vist og beskrevet.

For god ordens skyld bør det nevnes at det med fast brensel skal forstås alle slags fast brensel, eksempelvis tre, halrn, pellets, torv, olivenskall eller briketter.

Endelig er oppfinnelsen ikke begrenset til vannkjølte rør rned et bestemt tverrsnitt. Det kan tenkes rør med alle mulige tverrsnitt, for eksempel runde, triangulære, ovale eller firkantede.

Claims (4)

1. Kjel med opphéngt tennbue (2) ved fyringsåpningeh og konstruert for forbrenning av fast brensel som, når det varmes opp og/eller brennes, avgir brennbare gasser, karakterisert ved at et i hovedsaken røk- og gasstett strålingsskjold (3), som har en i hovedsaken røk- og gasstett forbindelse med forbrenningskammerets (11) frontvegg (6) og sidevegger samt plassert i en linje over den opphengte tennbue (2), strekker seg skrått nedover inn over ildstedet (10) og dekker en større del av dette enn tennbuen (2), og at et innløp (9) for sekundær forbrenningsluft er anbrakt over ildstedet (10) og under strålingsskjoldet (3) fortrinnsvis munner ut i forbrenningskammeret (11) under tennbuen.

2. Kjel ifølge krav 1, karakterisert ved at strålingsskjoldets lengde i det minste svarer til halvdelen av avstanden fra forbrenningskammerets (11) frontvegg (6) til dets bakre vegg (7), og fortrinnsvis utgjør minst 6/10 av denne avstand.

3. Kjel ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at strålingsskjoldet (3) er bygget opp av formtilpassede, temperaturbestandige elementer (4) av keramisk materiale, og at dette ikke-selvbærende strålingsskjold (3) er hengt opp i en bærende konstruksjon for eksempel av rør (5) som, ved å lede vann igjennom dem når kjelen er i drift, holdes avkjølt på en så lav temperatur at rørenes (5) bæreevne opprettholdes.

4. Kjel ifølge krav 3, karakterisert ved at de formtilpassede keramiske elementer (4) er utformet på en slik måte at de kan frembringe den ønskede grad av røk- og gasstetthet i strålingsskjoldet (3) uten mørtel-utfyIling mellom elementene (4) eller mellom disse og forbrenningskammerets vegger, og at strålingsskjoldet (3) for øvrig er utformet på en slik måte at dets effektive utstrekning i retning mot forbrenningskammerets (11) bakre vegg (7) kan endres ved å sette inn eller ta bort noen av de formtilpassede keramiske elementer (4).