PL181537B1

PL181537B1 - Low-emission grate hearth

Info

Publication number: PL181537B1
Application number: PL31873497A
Authority: PL
Inventors: Alfred Tramer
Original assignee: Inst Chem Przerobki Wegla
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 2001-08-31
Also published as: PL318734A1

Abstract

Niskoemisyjne palenisko rusztowe, składające się z komory paleniskowej z rusztem stałym, przestrzeni nadrusztowej i podrusztowej, w której umieszczona jest przegroda, znamienne tym, że przestrzeń podrusztowa (3) rozdzielona jest przegrodą (1), której górna krawędź wystaje nieco nad płaszczyznę rusztu (2), zaś płaszczyzny rusztu (2) usytuowane po obu stronach przegrody (1) nachylone sąw kierunku przegrody (1) pod kątem 0-45°.Low-emission grate furnace, consisting of a combustion chamber with a fixed grate, a space above the grate and a space below the grate in which a partition is placed, characterized in that the space below the grate (3) is divided by a partition (1), the upper edge of which protrudes slightly above the surface of the grate (2), and the surfaces of the grate (2) located on both sides of the partition (1) are inclined towards the partition (1) at an angle of 0-45°.

Description

Przedmiotem wynalazku jest niskoemisyjne palenisko rusztowe na paliwo stałe, które może być stosowane w powszechnie użytkowanych domowych i komunalnych urządzeniach grzewczych, zwłaszcza kotłach centralnego ogrzewania.The subject of the invention is a low-emission solid fuel grate furnace, which can be used in commonly used domestic and communal heating devices, especially central heating boilers.

W powszechnie znanych paleniskach rusztowych powietrze do spalania wprowadzane jest do przestrzeni podrusztowej i poprzez szczeliny rusztu doprowadzane do złoża paliwa znajdującego się na ruszcie. W złożu paliwa bezpośrednio nad rusztem wytwarza się strefa żaru o najwyższej temperaturze, w której następuje intensywne spalanie. Powstające gorące gazy spalinowe ogrzewają wyższe warstwy paliwa, przy czym w wyniku wyczerpywania się tlenu w warstwach tych procesy spalania są ograniczone. Jednocześnie w wyniku ogrzania paliwa, szczególnie w warstwach sąsiadujących ze strefą żaru, zachodzą procesy pirolizy powodujące wydzielanie z paliwa produktów lotnych w tym substancji smolistych. Produkty te z kolei ulegają dalszym przemianom, między innymi karbonizacji, której efektem jest sadza. W obszarze niższych temperatur procesy przemian ustają i wraz z gorącymi gazami z paleniska wyprowadzana jest znaczna ilość substancji szkodliwych obserwowana jako dym. Oprócz produktów pirolizy w strefie żaru zachodzą reakcje zgazowania, w których para wodna oraz powstały w wyniku spalania dwutlenek węgla przetwarzane są do toksycznego tlenku węgla (czad). Procesy zgazowania zachodzą również przy spalaniu paliwa bezdymnego (koks).In commonly known grate furnaces, combustion air is introduced into the space under the grate and through the grate slots it is supplied to the fuel bed located on the grate. In the fuel bed directly above the grate, the heat zone with the highest temperature is created, in which intensive combustion takes place. The resulting hot exhaust gases heat the higher layers of the fuel, and the combustion processes are limited due to the depletion of oxygen in these layers. At the same time, as a result of heating the fuel, especially in the layers adjacent to the heat zone, pyrolysis processes take place causing the release of volatile products from the fuel, including tar substances. These products, in turn, undergo further changes, including carbonization, which results in soot. In the area of lower temperatures, the transformation processes cease and a significant amount of harmful substances is discharged from the furnace together with hot gases, observed as smoke. Apart from the pyrolysis products, the gasification reactions take place in the heat zone in which water vapor and the carbon dioxide generated as a result of combustion are converted into toxic carbon monoxide (carbon monoxide). Gasification processes also take place during the combustion of smokeless fuel (coke).

W wyniku opisanych przemian paleniska rusztowe emitują do atmosfery znaczne ilości zanieczyszczeń, szczególnie tlenku węgla, sadzy, substancji smolistych i lekkich węglowodorów aromatycznych.As a result of the described changes, grate furnaces emit significant amounts of pollutants into the atmosphere, especially carbon monoxide, soot, tar substances and light aromatic hydrocarbons.

Znane negatywne efekty użytkowania palenisk rusztowych nasilają się szczególnie intensywnie przy spalaniu w nich paliw gorszej jakości (węgiel brunatny) lub silnie rozdrobnionych (miały węglowe). Paliwa takie są jednak ze względu na ich niższą cenę powszechnie stosowane.The known negative effects of using grate furnaces intensify especially intensively when burning fuels of inferior quality (brown coal) or highly fragmented (fine coal) in them. However, such fuels are widely used due to their lower price.

W efekcie w paleniskach rusztowych nie ma możliwości uzyskania wysokich sprawności spalania ze względu na niepełne spalanie, a także przepad cząstek niespalonego paliwa przez szczeliny rusztu.As a result, in grate furnaces it is not possible to achieve high combustion efficiency due to incomplete combustion, as well as the loss of unburned fuel particles through the grate gaps.

Zważywszy, że większość powszechnie stosowanych w ogrzewnictwie indywidualnym i komunalnym urządzeń grzewczych wyposażona jest w paleniska rusztowe na paliwa stałe i pozbawiona jest jakichkolwiek urządzeń regulujących oraz jest podłączona do ruskich kominów, problem zanieczyszczenia otaczającego powietrza z tych źródeł jest szczególnie istotny.Considering that the majority of heating devices commonly used in individual and municipal heating are equipped with grate furnaces for solid fuels and are devoid of any regulating devices and are connected to Russian chimneys, the problem of pollution of the surrounding air from these sources is particularly important.

Znane są różnego rodzaju sposoby modyfikujące proces spalania, mające na celu eliminację opisanych negatywnych zjawisk towarzyszących spalaniu w paleniskach rusztowych, polegające na odwróceniu ciągu lub prowadzeniu górnego spalania. Obniżenie emisji paleniska w wypadku górnego spalania jest jednak niewielkie, a stosowanie odwróconego ciągu wymaga specjalnie klasyfikowanych paliw.Various types of methods are known to modify the combustion process, aimed at the elimination of the described negative phenomena accompanying combustion in grate furnaces, consisting in reversing the draft or conducting top combustion. However, the reduction of furnace emissions in the case of upper combustion is small, and the use of reverse thrust requires specially classified fuels.

181 537181 537

Z polskiego opisu patentowego nr 12 121 znana jest konstrukcja, mająca na celu skuteczniejsze chłodzenie paleniska, gdzie w przestrzeni podrusztowej zabudowano ścianki kierownicze, dzięki którym drogą odpowiedniej regulacji ciśnienia, powietrze poprzez układ kanałów i sprzężonych zaworów jest kierowane wzdłuż rusztowin.Polish patent specification No. 12,121 discloses a structure aimed at more effective cooling of the furnace, with guide walls installed in the under-grate space, thanks to which, by appropriate pressure regulation, air is directed along the grate bars through the system of channels and coupled valves.

Celem wynalazku jest eliminacja emisji substancji szkodliwych i toksycznych towarzyszących spalaniu paliw stałych na powszechnie stosowanych paleniskach rusztowych i jednocześnie podniesienie sprawności energetycznej tych palenisk.The aim of the invention is to eliminate the emission of harmful and toxic substances accompanying the combustion of solid fuels in commonly used grate furnaces and at the same time to increase the energy efficiency of these furnaces.

Istota wynalazku polega na tym, że przestrzeń podrusztowa rozdzielona jest przegrodą, której górna krawędź wystaje nieco nad płaszczyznę rusztu. W korzystnym wykonaniu przegroda posiada otwory usytuowane poniżej płaszczyzny rusztu, a płaszczyzny rusztu usytuowane po obu stronach przegrody nachylone są w kierunku przegrody pod kątem 0-45°.The essence of the invention consists in the fact that the space under the grate is separated by a partition, the upper edge of which protrudes slightly above the grate plane. In a preferred embodiment, the partition has openings below the grate plane, and the grate planes on both sides of the partition are inclined towards the partition at an angle of 0-45 °.

W rozwiązaniu według wynalazku zamierzony efekt osiągnięto na drodze wprowadzenia do klasycznego paleniska rusztowego przegrody dzielącej przestrzeń podrusztową na dwie części. Przegroda ta ogranicza swobodny przepływ gazów pomiędzy powstałymi pod rusztem przestrzeniami i wymusza ruch gazów poprzez przestrzeń nadrusztową. Przełączany rewersyjnie ciąg powoduje, że powietrze do spalania podawane jest naprzemian do jednej części przestrzeni podrusztowej, a spaliny wyprowadzane są z części drugiej znajdującej się po przeciwnej stronie przegrody. Doprowadzane powietrze, a następnie spaliny transportowane są przez warstwę żaru ponad przewałem stworzonym przez przegrodę wystającą ponad powierzchnię rusztu, co stwarza dogodne warunki pełnego spalania powstających produktów pirolizy.In the solution according to the invention, the intended effect was achieved by introducing a partition dividing the under-grate space into two parts into a classic grate furnace. This partition restricts the free flow of gases between the spaces created under the grate and forces the gases to move through the over-grate space. The reversibly switched draft causes the combustion air to be supplied alternately to one part of the under-grate space, and the exhaust gases are led out from the other part located on the opposite side of the partition. The supplied air, and then the flue gas, are transported through the heat layer over the gulf created by the partition protruding above the grate surface, which creates favorable conditions for the complete combustion of the pyrolysis products formed.

Rozwiązanie według wynalazku w przykładzie wykonania pokazano na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia schematycznie sposób umieszczenia przegrody dzielącej przestrzeń podrusztową, fig. 2 wyjaśnia sposób przełączania ciągu, a fig. 3 przedstawia fragment szczególnego rozwiązania konstrukcyjnego paleniska według wynalazku.The solution according to the invention in an exemplary embodiment is shown in the drawing, where Fig. 1 schematically shows the arrangement of the partition dividing the under-grate space, Fig. 2 explains the method of switching the draft, and Fig. 3 shows a fragment of a specific construction solution of the furnace according to the invention.

Przegroda 1 dzieli przestrzeń podrusztową 3 na dwie części, a górna krawędź przegrody 1 wystaje ponad powierzchnię rusztu 2. Powietrze wprowadzane z jednej strony przegrody kierowane jest przez ruszt 2 do warstwy paliwa 4, a spaliny wyprowadzane są również przez ruszt 2 do przestrzeni podrusztowej po drugiej stronie przegrody. W wyniku intensywnego spalania w warstwie paliwa 4 przy ruszcie 2 powstaje strefa żaru 5, znany układ przepustnic 6 pozwala na rewersyjne przełączanie kierunku ciągu.The partition 1 divides the under-grate space 3 into two parts, and the upper edge of the partition 1 protrudes above the grate 2. The air introduced from one side of the partition is directed through the grate 2 to the fuel layer 4, and the exhaust gases are also led through the grate 2 to the under-grate space on the other side of the septum. As a result of intensive combustion in the fuel layer 4 at the grate 2, a heat zone 5 is created, the known arrangement of throttles 6 allows for reverse switching of the draft direction.

W strefie żaru 5 w wyniku procesów zgazowania powstaje pewna ilość tlenku węgla, który wynoszony jest z paleniska wraz z gorącymi gazami. Tlenek ten dopalany jest powietrzem wtórnym doprowadzanym przez otwory 7 rozmieszczone w przegrodzie 1 poniżej płaszczyzn rusztu 2. Wysoka temperatura wyprowadzanych z paleniska gazów sprzyja pełnemu dopaleniu tego składnika.In the heat zone 5, as a result of the gasification processes, a certain amount of carbon monoxide is produced, which is removed from the furnace together with the hot gases. This oxide is burned up with secondary air supplied through openings 7 arranged in the partition 1 below the grate 2 planes. High temperature of gases discharged from the furnace favors full burnout of this component.

W rozwiązaniu według wynalazku dla obniżenia oporów przepływu oraz dla stworzenia sprzyjających warunków równomiernego formowania strefy żaru 5 korzystne jest, aby płaszczyzny rusztu 2 położone po obu stronach przegrody 1 były nachylone w kierunku tej przegrody. Nachylenie to w zależności od rodzaju spalanego paliwa powinno zawierać się od 0-45°.In the solution according to the invention, in order to reduce the flow resistance and to create favorable conditions for the uniform formation of the heat zone 5, it is advantageous that the planes of the grate 2 located on both sides of the partition 1 are inclined towards this partition. Depending on the type of fuel burned, this slope should be within 0-45 °.

Palenisko według wynalazku jest szczególnie przydatne do bezemisyjnego spalania miałów węglowych. W strefie żaru paliwo to ulega spiekaniu, a spieczona warstwa drożna dla przepływających gazów podtrzymuje jednocześnie warstwę paliwa zapasowego. W miarę zużycia paliwa do strefy żaru przesuwają się warstwy paliwa zapasowego. Wydzielone na granicy strefy żaru ciekłe i gazowe produkty pirolizy transportowane są przez obszar najwyższych temperatur, gdzie ulegają pełnemu spalaniu.The furnace according to the invention is particularly suitable for the emission-free combustion of fine coal. In the heat zone, this fuel is sintered and the sintered clearing layer for the flowing gases supports the backup fuel layer at the same time. As fuel is consumed, the layers of backup fuel move to the heat zone. The liquid and gaseous pyrolysis products separated at the border of the heat zone are transported through the area of the highest temperatures, where they are fully combusted.

Uzyskiwane w palenisku według wynalazku obniżanie emisji w stosunku do paleniska klasycznego zależne jest od rodzaju stosowanego paliwa. Zauważa się prawidłowość wzrostu stopnia obniżenia emisji dla gorszej jakości paliwa.The reduction of emissions achieved in the furnace according to the invention in relation to the classic furnace depends on the type of fuel used. The correctness of the increase in the emission reduction degree is noted for the poorer quality of fuel.

Palenisko według wynalazku może być stosowane do bezdymnego spalania paliw stałych w różnego rodzaju urządzeniach grzewczych (grzanie powietrza w instalacjach nawiewnych,The furnace according to the invention can be used for smoke-free combustion of solid fuels in various types of heating devices (air heating in air supply systems,

181 537 wody w kotłach centralnego ogrzewania itp.). Wysoka temperatura wyprowadzanych spalin powoduje, że współpracujące z paleniskiem urządzenia wymiany ciepła mogą mieć mniejsze wymiary, a jednocześnie uzyskuje się w nich wyższe sprawności wymiany ciepła. Może być ono stosowane również w urządzeniach zgazowania paliw stałych. W tym zastosowaniu jego podstawową zaletą jest czystość uzyskanego gazu węglowego.181 537 water in central heating boilers, etc.). The high temperature of the exhaust fumes causes that the heat exchange devices cooperating with the furnace can have smaller dimensions, and at the same time they achieve higher heat exchange efficiency. It can also be used in solid fuel gasification devices. In this application, its main advantage is the purity of the obtained carbon gas.

Eksploatacja paleniska może być bezobsługowa po łatwym zmechanizowaniu przełączania ciągu i sprzężonego z nim rusztowania.The operation of the furnace can be maintenance-free after the draft switching and the coupled scaffolding are easily mechanized.

Fig. 1Fig. 1

iand

Fig.2Fig.2

Fig.3Fig.3

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 60 copies

Cena 2,00 zł.Price PLN 2.00.

Claims

Patent claims

1. Low-emission grate furnace, consisting of a furnace chamber with a fixed grate, an over-grate and under-grate space, in which a partition is placed, characterized in that the under-grate space (3) is separated by a partition (1), the upper edge of which protrudes slightly above the grate plane (2), while the planes of the grate (2) located on both sides of the partition (1) are inclined towards the partition (1) at an angle of 0-45 °.

2. The furnace according to claim 3. A device as claimed in claim 1, characterized in that the partition (1) preferably has openings (7) below the plane of the grate (2).