PL188246B1

PL188246B1 - Kocioł grzejny ze zgazowaniem, na paliwo stałe, zwłaszcza drewno

Info

Publication number: PL188246B1
Application number: PL97333077A
Authority: PL
Inventors: Christian Herlt; Detlef Haker
Original assignee: Christian Herlt
Priority date: 1996-10-29
Filing date: 1997-10-28
Publication date: 2005-01-31
Also published as: PL333077A1; NO992031D0; WO1998019108A1; EP0935731A1; ATE191780T1; DE59701450D1; EP0935731B1; DE19646525C1; NO316670B1; NO992031L; AR009602A1

Abstract

1. Kociol grzejny ze zgazowaniem, na paliwo stale, zwlaszcza drewno, z dolnym spalaniem, skladajacy sie z komory paliwowej 1 zgazowania, z dolnym rusztem, zamy- kanej za pomoca drzwiczek wsadowych z powierzchniami wymiany ciepla 1 dmuchawa z pierwotnym doprowadzeniem powietrza nad ruszt, z oddzielona w przyblizeniu pozioma scianka komora spalania, która polaczona jest z komora paliwowa i zgazowania przez ruszt 1 lezaca pod nim dysza spalania w postaci szczeliny i z wtórnym doprowadzeniem powietrza do komory spalania znam ienny tym, ze komora paliwowa i zgazowania (1) ma osiowy przekrój pionowy w ksztalcie gruszki a ruszt (2) szczelinowy rozciaga sie na czesci dolnej linii wierzcholkowej komory paliwowej 1 zga- zowania ( 1), ze otwory (4) dla doprowadzania powietrza pierwotnego sa rozmieszczone nad rusztem (2) w obszarze od 0,4 do 0,6 maksymalnej w y sokosci komory paliwowej i zgazowania (1), a szczelinowa dysza spalania (5), ma dlu- gosc odpowiadaiaca w przyblizeniu dlugosci rusztu (2), przy czym komora spalania (6 ) jest podzielona scianka (9) na komore spalania wstepnego 1 mieszania (7), lezaca pod nia komore dopalania (8), o przekroju w ksztalcie nerki, i dwie komory nawrotne i dopalania ( 10. 1, 10.2), przy czym przekrój obydwoch komor (7) i (8) zwieksza sie w sposób ciagly u kierunku przeplywu a na waskiej scianie czolowej komory spalania wstepnego i mieszania (7) uchodzi rura doprowadza- nia powietrza wtórnego ( 12) Fig 2 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest kocioł grzejny ze zgazowaniem, na paliwo stałe, zwłaszcza drewno, do ogrzewania pomieszczeń, który nadaje się zwłaszcza do spalania dużych kawałków drewna.

Zasada zgazowania paliwa w komorze paleniskowej, a następnie dopalanie w oddzielnej komorze spalania ma istotne zalety w przypadku stałych paliw bogatych w gaz, takich jak drewno, przy czym główne korzyści polegają na spalaniu o wysokim stopniu czystości, a w związku z tym i nieznacznym obciążeniu środowiska i wysokiej wydajności energetycznej.

Znane rozwiązania składają się z zamkniętej komory napełniania paliwem z drzwiczkami załadowczymi, dolnej strefy spalania i zgazowania, dyszy spalania ze znajdującą się za nią komorą spalania, doprowadzeniami powietrza i wymiennikiem ciepła. Celem polepszenia spalania są przewidziane specjalne prowadnice powietrza i gazu opałowego.

Zgodnie z niemieckim opisem patentowym nr DE OS 3411822 szyb zasypowy ma kształt podwójnego stożka z otworami do odpływu gazów oraz pierścieniowy kanał spalania w rozszerzeniu. W ten sposób powinno się uzyskać równomierne spalanie i prostą konstrukcję. W strefie środkowej spalanie nie jest jednak zapewnione, na skutek czego mogą pojawić się mostki, a poza tym tworzy się przestrzeń spalania o dużej powierzchni względnie powierzchni ścian.

Z niemieckiego opisu patentowego nr DE PS 3617146 jest znane specjalne doprowadzenie powietrza pierwotnego celem osiągnięcia dobrego mieszania gazu opałowego i powietrza. Na drzwiczkach wsadowych jest zamontowana dmuchawa, która doprowadza zewnętrzne powietrze w trzech płaszczyznach kanału paliwowego.

Dla poprawienia sprawności i wydajności, w opisie polskiego wzoru użytkowego nr 59184 zaproponowano oddzielne doprowadzenie powietrza dla komory załadowczej i komory spalania. Perforowana rura leży poziomo nad dnem komory załadowczej i współpracuje z usytuowanymi z boku elementami stalowymi. Do środka komory spalania wystaje druga rura perforowana dla drugiego doprowadzenia powietrza. Regulacja następuje za pomocą ssania wentylatora wyciągowego i klapy powietrznej na pierwszej rurze.

Rozwiązanie proponowane w niemieckim opisie patentowym nr DE PS 3718022 zawiera dwie płaszczyzny doprowadzenia powietrza w szybie paliwowym oraz jedną płaszczyznę do komory spalania. Za pomocą wstecznego prowadzenia gazu odlotowego powinno się uzyskać szczególnie dobre zgazowanie. Celem zabezpieczenia koniecznej zawartości tlenu wymaga to jednak starannego dozowania. Celem uniknięcia mostków paliwowych przewiduje się specjalne obrotowe podparcie. Specjalny kształt komory spalania jest znany z niemieckiego opisu patentowego nr DE PS 3737661. Znajduje się ona w płycie dennej, a stąd wymaga wysokich nakładów materiałowych i wykonawczych. Powietrze pierwotne doprowadza się bezpośrednio tylko nad płytą denną, przez co mieszanie gazu opałowego nie jest całkowite.

Takie rozwiązanie nie gwarantuje przy prostej konstrukcji bezpiecznego uniknięcia mostków w paliwie oraz optymalnego spalenia.

Ze szwajcarskiego opisu patentowego nr CH 194401 jest znane urządzenie paleniskowe kotła, w którym w komorze dopalania lezącej pod rusztem jest umieszczona w przybliżeniu pozioma ścianka działowa, która powoduje, że płynące przez otwór wyjściowy gazy spalinowe omywają dolną stronę rusztu. W obszarze otworu wylotowego ma miejsce doprowadzanie powietrza wtórnego.

Ukształtowanie ścianki działowej w postaci płaskiej płyty prowadzi w stanie wbudowania do napięć ciągu, co w przypadku części ceramicznych prowadzi do znacznego skrócenia okresu użytkowania.

Doprowadzanie powietrza wtórnego ma miejsce w obszarze komory spalania i prowadzi do tego, ze od tego obszaru odbiera się ciepło, co nie jest korzystne dla całego procesu.

188 246

Stąd celem wynalazku jest takie ukształtowanie doprowadzenia powietrza, komory paliwowej i strefy spalania przy prostych elementach konstrukcyjnych, aby uzyskać równomiernie rozdzielone spalanie, dobre mieszanie powietrza wtórnego, stabilne spalanie przy optymalnych temperaturach i czasach przebywania w komorze spalania.

Zadanie to rozwiązano zgodnie z wynalazkiem przez to, że w kotle grzejnym ze zgazowaniem, na paliwo stałe, zwłaszcza drewno, z dolnym spalaniem, składający się z komory paliwowej i zgazowania, z dolnym rusztem, zamykanej za pomocą drzwiczek wsadowych, z powierzchniami wymiany ciepła i dmuchawą, z pierwotnym doprowadzeniem powietrza nad ruszt, z oddzieloną w przybliżeniu poziomą ścianką komorą spalania, która połączona jest z komorą paliwową i zgazowania przez ruszt i leżącą pod nim dyszą spalania w postaci szczeliny i z wtórnym doprowadzeniem powietrza do komory spalania, komora paliwowa i zgazowania ma osiowy przekrój pionowy w kształcie gruszki, a ruszt szczelinowy rozciąga się na części dolnej linii wierzchołkowej komory paliwowej i zgazowania, że otwory dla doprowadzania powietrza pierwotnego są rozmieszczone nad rusztem w obszarze od 0,4 do 0,6 maksymalnej wysokości komory paliwowej i zgazowania, a szczelinowa dysza spalania, ma długość odpowiadającą w przybliżeniu długości rusztu, przy czym komora spalania jest podzielona ścianką na komorę spalania wstępnego i mieszania, leżącą pod nią komorę dopalania, o przekroju w kształcie nerki, i dwie komory nawrotne i dopalania, przy czym przekrój obydwóch komór zwiększa się w sposób ciągły w kierunku przepływu, a na wąskiej ścianie czołowej komory spalania wstępnego i mieszania uchodzi rura doprowadzania powietrza wtórnego.

Komora paliwowa i zgazowania składa się z dwóch blach wygiętych w kształcie odcinka kołowego lub paraboli, o różnych promieniach i nachyleniach, których końce są ze sobą połączone, oraz z płaskiego przedniego i tylnego boku.

Korzystnie, komora paliwowa i zgazowania składa się z odcinka rurowego w kształcie elipsy i płaskiego przedniego i tylnego boku.

W obszarze od 0,4 do 0,6 maksymalnej wysokości komory paliwowej i zgazowania, nad rusztem i równolegle do niego, na wewnętrznej ściance kotła jest umieszczony po obu stronach kanał z szeregiem otworów dla powietrza pierwotnego spalania.

Komora spalania składa się z co najmniej jednego odcinka rurowego z ogniotrwałego betonu albo innego ogniotrwałego materiału, wsuniętego w stalową rurę.

Korzystnie, w odcinku rurowym, poniżej rusztu, jest wykonana szczelinowa, osiowo równoległa przerwa w ściance w postaci dyszy spalania.

Zgodnie z wynalazkiem, w obszarze pomiędzy drugą komorą nawrotną i dopalania i komorą spalania wstępnego i mieszania znajduje się wstępny podgrzewacz powietrza, w którym podgrzewa się wstępnie powietrze wtórne doprowadzone przez có najmniej jedną rurę doprowadzania powietrza i z którego powietrze wtórne prowadzone jest przez co najmniej jeden otwór wylotowy powietrza do komory wstępnego spalania i mieszania.

Naprzeciw komory spalania w obudowie są umieszczone drzwiczki, których tylna ścianka tworzy ściankę jednej komory nawrotnej i dopalania.

Otwór załadowczy drzwiczek wsadowych jest zakrywany aż do jednej trzeciej przez obrotową klapę paleniskową w kształcie sierpa.

Zgodnie z wynalazkiem, pomiędzy co najmniej jednym odcinkiem rurowym z materiału ogniotrwałego i rurą stalową jest umieszczona dodatkowa warstwa termoizolacyjna, do zapobiegania chłodzeniu się komory spalania i powstawaniu szkodliwych naprężeń termicznych w komorze spalania i korpusie stalowym.

Wreszcie, zgodnie z wynalazkiem, ruszt rozciąga się szczelinowo na 1/5 do 1/3 długości i w środku dolnej linii wierzchołkowej komory paliwowej i zgazowania.

Dzięki opisanemu ukształtowaniu komory paliwowej i zgazowania uzyskuje się równomierne zsuwanie się materiału w postaci dużych kawałków. Sprzyja temu spalanie na całej głębokości przestrzeni, w jej najniższym obszarze. Reakcja paliwa z doprowadzonym powietrzem pierwotnym znajduje się w równowadze z prędkością przepływu. Umieszczone z boku otwory doprowadzania powietrza pierwotnego powodują rozdzielenie powietrza pierwotnego w obszarze paliwowym, dzięki czemu unika się nadmiaru powietrza. Jest to ponownie warunek najbardziej ekonomicznego spalania i optymalnych parametrów gazów odlotowych.

188 246

Dzięki ukształtowaniu i podziałowi komory spalania na komorę spalania wstępnego i mieszania, komorę dopalania i dwie komory nawrotne i dopalania oraz doprowadzaniu wstępnie ogrzanego powietrza wtórnego uzyskuje się stopniowe i pełne spalenie mieszaniny gazowej. Ścianka działowa osiąga przy tym dzięki swojemu położeniu środkowemu wysokie temperatury, co ma korzystny wpływ na proces spalania. Rozszerzenie przekroju komory spalania wstępnego i mieszania oraz komory dopalania zapewnia zmniejszenie prędkości przepływu gazów, a przez to i wypadania popiołu.

Wynalazek w przykładzie wykonania został przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w przekroju kocioł grzejny ze zgazowaniem w widoku z boku, fig. 2 - w przekroju kocioł grzejny ze zgazowaniem w widoku z przodu, fig. 3-6 przedstawiają szczegóły komory spalania, fig. 7 i 8 przedstawiają szczegóły klapy paleniskowej.

Na fig. 1 i 2 przedstawiono komorę paliwową i zgazowania 1 znajdującą się w obudowie oraz umieszczoną pod nią komorę spalania 6. Dwie blachy ukształtowane przez walcowanie lub zginanie, o różnych promieniach i długościach ramion, są połączone na końcach ze zbiornikiem o przekroju w kształcie gruszki. Przednia i tylna strona jest wykonana w postaci płaskiej blachy. Na przedniej stronie kotła grzejnego ze zgazowaniem, w jej górnej części, są umieszczone drzwiczki wsadowe 14, a w dolnej części drzwiczki 13 komory spalania do usuwania popiołu. Wysoka komora paliwowa i zgazowania 1 umożliwia utrzymywanie dużego zapasu także i materiału paliwowego w dużych kawałkach. Dzięki równomiernemu rozszerzeniu do dołu jest zapewnione zsuwanie się paliwa aż do warstwy żaru. Na dolnej linii wierzchołkowej, w środku, w dnie znajduje się podłużna szczelina, która rozciąga się na 1/4 długości linii wierzchołkowej. W tę szczelinę jest wpuszczony ruszt 2. Nad obszarem połączenia obydwóch uformowanych blach są wpuszczone otwory wpustowe 4 powietrza pierwotnego na wysokości 0,5 maksymalnej wysokości komory paliwowej i zgazowania 1 nad rusztem 2. Łączą się one poprzez kanały 15 z zewnętrznym otworem powietrza pierwotnego. Dzięki rozdzielonemu doprowadzaniu powietrza do spalania i rusztowi 2 uzyskuje się stabilną warstwę żaru i pełne przetłaczanie gazu oraz równomierne spalanie na głębokości komory paliwowej i zgazowania 1. Nad rusztem 2 znajduje się komora spalania 6, równoległa do komory zgazowania 1, która składa się z jednego albo kilku odcinków rurowych 19 z ogniotrwałego betonu lub innych ognioodpornych materiałów, które prowadzi się w rurze stalowej. Pod rusztem 2 znajduje się otwór prowadzący do komory spalania 6, który działa jak dysza spalania. Dysza spalania 5 ma kształt szczeliny i jest równoległa do osi komory spalania 6 (fig. 6). Jej długość odpowiada w przybliżeniu długości rusztu 2 i znajduje się ona mniej więcej pod nim. Przez dyszę spalania 5 gaz opałowy przepływa z wielką prędkością do komory spalania wstępnego i mieszania 7 komory spalania 6. Komora spalania 6 (fig. 4) jest podzielona ścianką 9, umieszczoną w środku jednej części odcinka rurowego 19, na komorę spalania wstępnego i mieszania 7 oraz znajdującą się pod nią i oddzieloną od niej komorę dopalania 8. Przekrój obydwóch komór 7 i 8 ma w tym przypadku kształt nerki (fig. 3) i rozszerza się w sposób ciągły w kierunku przepływu (fig. 5). Obydwie komory 7 i 8 łączą się poprzez komorę nawrotną i dopalania 10.1. W przyłączu do komory dopalania 8 znajduje się druga komora nawrotna i dopalania 10.2, przez którą jest poprowadzona co najmniej jedna rura doprowadzania powietrza wtórnego 12 do wstępnego podgrzewacza powietrza 11, który znajduje się w obszarze pomiędzy drugą komorą nawrotną i dopalania 10.2 i komorą wstępnego spalania i mieszania 7. Ze wstępnego podgrzewacza powietrza 11 wstępnie ogrzane powietrze wtórne prowadzi się, przez co najmniej jeden otwór wylotowy powietrza 16 do komory spalania wstępnego i mieszania 7. W komorze spalania wstępnego i mieszania 7 ma wtedy miejsce mieszania gazów opałowych z powietrzem wtórnym, a przez to wprowadzenie do spalania gazów opałowych. W wymienniku ciepła 17, który jest przyłączony do drugiej komory nawrotnej i dopalania 10.2, znajdują się ciągi gazów spalinowych 18.

Ścianka 9 styka się obustronnie z ogniem i dzięki wysokiej temperaturze wpływa na dobre wprowadzenie i stabilność spalania. Przy komorze spalania 6 poza wstępnym podgrzewaczem powietrza 11 do podgrzewania powietrza wtórnego nie przewiduje się żadnego dalszego odprowadzania ciepła. Dzięki temu zapewnia się i utrzymuje wysoką temperaturę spalania.

188 246

Pomiędzy odcinkami rurowymi 19 z materiału ogniotrwałego i rurą stalową znajduje się dodatkowa warstwa termoizolacyjna 24, która zapobiega chłodzeniu się komory spalania 6 i tworzeniu się szkodliwych naprężeń termicznych w komorze spalania i w korpusie stalowym.

Dzięki wspomaganiu przez dmuchawę ssącą 22 gazy spalinowe odprowadza się do komina.

Jeżeli ma się dołożyć paliwa, to najpierw otwiera się klapę obejściową 21 i odsysa gazy spalinowe najkrótszą drogą z komory paliwowej i zgazowania 1.

Na fig. 7 i 8 przedstawiono otwór załadowczy przy otwartych drzwiczkach wsadowych 14. Na ramie otworu załadowczego jest ułożyskowana obrotowo klapa paleniskowa 20 w kształcie sierpa. Zakrywa ona w stanie zamknięcia 1/3 do 1/2 otworu załadowczego. Klapa paleniskowa 20 pełni dalszą funkcję ochronną przy załadowywaniu komory paliwowej i zgazowania 1. Przez zmniejszenie otworu załadowczego zapobiega ona wychodzeniu gazów spalinowych w procesie ładowania. Pozostała część otworu załadowczego umożliwia dalej wprowadzanie paliwa, a gdy komora paliwowa i zgazowania 1 ma być wypełniona do wierzchu, to klapę paleniskową można odchylić. Cała komora paliwowa i zgazowania 1 jest wyłożona betonem ogniotrwałym 23. Komora paliwowa i zgazowania 1 oraz komora spalania są otoczone płaszczem wodnym.

W rozwiązaniu według wynalazku unika się mostków paliwa w komorze paliwowej i zgazowania 1 dzięki przekrojowi rozszerzającemu się do dołu. Nowy sposób rozmieszczenia względem siebie poszczególnych elementów kotła grzejnego ze zgazowaniem, ukształtowanie komory paleniskowej, szczególne wprowadzanie powietrza pierwotnego i wtórnego, zapewniają optymalne spalanie przy technicznie prostej konstrukcji.

Spis oznaczeń

Przestrzeń paliwowa i zgazowania

Ruszt

Doprowadzenie powietrza pierwotnego u góry

Doprowadzenie powietrza pierwotnego z boku

Dysza spalania

Komora spalania

Komora wstępnego spalania i mieszania

Komora dopalania

Ścianka

10.1 Komora nawrotna i dopalania

10.2 Komora nawrotna i dopalania

Wstępny podgrzewacz powietrza

Rura doprowadzania powietrza wtórnego

Drzwiczki komory spalania

Drzwiczki wsadowe

Kanał do otworów powietrza pierwotnego

Otwór powietrza wtórnego

Wymiennik ciepła

Ciągi gazów spalinowych

Odcinek rurowy

Klapa paleniskowa

Klapa obej ściowa

Dmuchawa

Beton ogniotrwały

Warstwa termoizolacyjna

188 246

Fig 3 Fig.4 Fig.5

cn

Fig 6

I

188 246

Fig. 2

188 246

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 50 egz Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Kocioł grzejny ze zgazowaniem, na paliwo stałe, zwłaszcza drewno, z dolnym spalaniem, składający się z komory paliwowej i zgazowania, z dolnym rusztem, zamykanej za pomocą drzwiczek wsadowych, z powierzchniami wymiany ciepła i dmuchawą, z pierwotnym doprowadzeniem powietrza nad ruszt, z oddzieloną w przybliżeniu poziomą ścianką komorą spalania, która połączona jest z komorą paliwową i zgazowania przez ruszt i leżącą pod nim dyszą spalania w postaci szczeliny i z wtórnym doprowadzeniem powietrza do komory spalania, znamienny tym, że komora paliwowa i zgazowania (1) ma osiowy przekrój pionowy w kształcie gruszki, a ruszt (2) szczelinowy rozciąga się na części dolnej linii wierzchołkowej komory paliwowej i zgazowania (1), ze otwory (4) dla doprowadzania powietrza pierwotnego są rozmieszczone nad rusztem (2) w obszarze od 0,4 do 0,6 maksymalnej wysokości komory paliwowej i zgazowania (1), a szczelinowa dysza spalania (5), ma długość odpowiadającą w przybliżeniu długości rusztu (2), przy czym komora spalania (6) jest podzielona ścianką (9) na komorę spalania wstępnego i mieszania (7), leżącą pod nią komorę dopalania (8), o przekroju w kształcie nerki, i dwie komory nawrotne i dopalania (10.1, 10.2), przy czym przekrój obydwóch komór (7) i (8) zwiększa się w sposób ciągły w kierunku przepływu, a na wąskiej ścianie czołowej komory spalania wstępnego i mieszania (7) uchodzi rura doprowadzania powietrza wtórnego (12).
2. Kocioł według zastrz. 1, znamienny tym, ze komora paliwowa i zgazowania (1) składa się z dwóch blach wygiętych w kształcie odcinka kołowego lub paraboli, o różnych promieniach i nachyleniach, których końce są ze sobą połączone, oraz z płaskiego przedniego i tylnego boku.
3. Kocioł według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, ze komora paliwowa i zgazowania (1) składa się z odcinka rurowego w kształcie elipsy i płaskiego przedniego i tylnego boku.
4. Kocioł według zastrz. 1, znamienny tym, że w obszarze od 0,4 do 0,6 maksymalnej wysokości komory paliwowej i zgazowania (1), nad rusztem (2) i równolegle do niego, na wewnętrznej ściance kotła jest umieszczony po obu stronach kanał (15) z szeregiem otworów (4) dla pierwotnego powietrza spalania.
5. Kocioł według zastrz. 1, znamienny tym, że komora spalania (6) składa się z co najmniej jednego odcinka rurowego (19) z ogniotrwałego betonu albo innego materiału ogniotrwałego, wsuniętego w stalową rurę.
6. Kocioł według zastrz. 5, znamienny tym, że w odcinku rurowym (19), poniżej rusztu (2), jest wykonana szczelinowa, osiowo równoległa przerwa w ściance w postaci dyszy spalania (5).
7. Kocioł według zastrz. 1, znamienny tym, że w obszarze pomiędzy drugą komorą nawrotną i dopalania (10.2) i komorą spalania wstępnego i mieszania (7) znajduje się wstępny podgrzewacz powietrza (11), w którym podgrzewa się wstępnie powietrze wtórne doprowadzone przez co najmniej jedną rurę doprowadzania powietrza (12) i z którego powietrze wtórne prowadzone jest przez co najmniej jeden otwór wylotowy powietrza (16) do komory wstępnego spalania i mieszania (7).
8. Kocioł według zastrz. 1, znamienny tym, że naprzeciw komory spalania (6) w obudowie są umieszczone drzwiczki (13), których tylna ścianka tworzy ściankę komory nawrotnej i dopalania (10.1).
9. Kocioł według zastrz. 1, znamienny tym, że w komorze paliwowej i zgazowania (1) otwór załadowczy drzwiczek wsadowych (14) jest zakrywany aż do jednej trzeciej przez obrotową klapę paleniskową (20) w kształcie sierpa.
10. Kocioł według zastrz. 5, znamienny tym, że pomiędzy co najmniej jednym odcinkiem rurowym (19) materiału ogniotrwałego i rurą stalową jest umieszczona dodatkowa warstwa termoizolacyjna (24).

188 246
11. Kocioł według zastrz. 1, znamienny tym, że ruszt (2) rozciąga się szczelinowo na 1/5 do 1/3 długości i w środku dolnej linii wierzchołkowej komory paliwowej i zgazowania (1).