PL201029B1 - Wielostrefowa skrzynia podrusztowa kotła rusztowego - Google Patents

Abstract

1. Wielostrefowa skrzynia podrusztowa kotła rusztowego, zawierająca szereg równoległych podłużnych stref podmuchowych o osiach prostopadłych do kierunku ruchu pokładu rusztowego i poprzedzielanych strefami uszczelniającymi, przy czym strefy podmuchowe mają w jednej z dwóch dł u ż szych ś cianek bocznych otwory wlotowe powietrza, każda strefa podmuchowa podzielona jest poprzecznie, na co najmniej trzy podstrefy podmuchowe, każda podstrefa podmuchowa ma oddzielny otwór wlotowy powietrza, a podstrefy podmuchowe są oddzielone od siebie pionowymi przegrodami ulokowanymi pod bieżniami rusztu, znamienna tym, że szerokość (a) każdej strefy podmuchowej (1) mierzona na poziomie pokładu rusztowego jest równa odległości pomiędzy dwiema strefami podmuchowymi (1) na tym poziomie.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wielostrefowa skrzynia podrusztowa kotła rusztowego z rusztem mechanicznym.

W energetyce przemysłowej i ciepłownictwie do wytwarzania ciepła stosuje się powszechnie kotły rusztowe, w których spalanie węgla następuje na przesuwającym się ruszcie mechanicznym. Pod czynnym odcinkiem rusztu znajduje się skrzynia podrusztowa, zwana czasem skrzynią powietrzną. Jej zadaniem jest podparcie rusztu oraz doprowadzenie powietrza do warstwy miału węglowego znajdującej się na ruszcie, w sposób zapewniający jak najefektywniejsze spalanie. Doprowadzenie powietrza pod warstwę miału realizuje się przy pomocy szeregu wydłużonych stref podmuchowych rozciągających się w kierunku poprzecznym do kierunku przesuwania się rusztu. Strefy podmuchowe, otwarte od góry, poprzedzielane są zamkniętym od góry tzw. strefami uszczelniającymi, których zadaniem jest utrudnić przedmuchy powietrza pomiędzy sąsiednimi strefami podmuchowymi. Dzięki takiemu rozwiązaniu, poprzez dobór ilości powietrza podawanego do każdej strefy podmuchowej, istnieje możliwość oddziaływania na proces spalania węgla znajdującego się na ruszcie. Jedno z rozwiązań podawania powietrza pod ruszt ujawniono w opisie polskiego wzoru użytkowego nr 53625. Opisana tam zamknięta skrzynia podrusztowa, zasilana powietrzem z wentylatora ma szereg stref podmuchowych w postaci komór podmuchowych o kształcie wydłużonego odwróconego ostrosłupa ściętego. Powietrze z wnętrza skrzyni dostaje się do strefy podmuchowej przez otwór umieszczony zasadniczo centralnie w jednej z dłuższych ścianek komory podmuchowej. W znanych skrzyniach podrusztowych, aby uzyskać pełne wypalenie się warstwy miału węglowego podawanej na ruszt, prowadzi się proces spalania przy nadmiarze powietrza charakteryzującym się współczynnikiem lambda wynoszącym od 1,8 do 2,5. Taka ilość powietrza zapewnia co prawda spalanie, wywołuje jednak równocześnie szereg niekorzystnych skutków. Nadmiar powietrza powoduje zmniejszenie sprawności kotła i znaczącą stratę kominową, która w znanych kotłach rusztowych wynosić może nawet 20%. Wraz ze wzrostem ilości podawanego powietrza wzrasta również ilość powstającego w palenisku tlenku azotu, dzięki wiązaniu azotu również z powietrza.

W związku z zaostrzaniem się norm dotyczących ochrony środowiska, przy jednoczesnym stałym wzroście ceny węgla powstała potrzeba opracowania paleniska kotła rusztowego, który pracowałoby przy znacznie mniejszym niż dotychczas nadmiarze powietrza.

Z polskich opisów patentowych P-307369, PL181537, P-323397, PL187706, PL192614, z polskich opisów wzorów użytkowych Ru-47472 i Ru-57850 oraz z niemieckiego opisu patentowego DE4335085 znane są sposoby doprowadzania powietrza do rusztu oraz rozwiązania służące do doprowadzania powietrza do rusztu. Rozwiązania te polegają na podzieleniu przestrzeni skrzyni podrusztowej i doprowadzaniu powietrza oddzielnie do każdej strefy skrzyni podrusztowej a także pozwalają na regulację ilości powietrza dopływającego do rusztu. Jednakże rozwiązania ujawnione w przytoczonych opisach patentowych nie pozwalają na obniżenie współczynnika nadmiaru powietrza lambda poniżej wartości 1,8, z uwagi na brak możliwości sterowania rozkładem ciśnienia powietrza w skrzyni podrusztowej.

Celem wynalazku było opracowanie nowej skrzyni podrusztowej, która zainstalowana nawet w dotychczas eksploatowanych kotłach rusztowych umożliwiałaby prowadzenie procesu spalania ze współczynnikiem nadmiaru powietrza lambda wynoszącym około 1,6 lub mniej.

Skrzynia podrusztowa według wynalazku, która zawiera szereg równoległych podłużnych stref podmuchowych o osiach prostopadłych do kierunku ruchu pokładu rusztowego, które są poprzedzielane strefami uszczelniającymi, gdzie strefy podmuchowe mają w jednej z dwóch dłuższych ścianek bocznych otwory wlotowe powietrza, każda strefa podmuchowa podzielona jest poprzecznie na podstrefy podmuchowe, każda podstrefa podmuchowa ma oddzielny otwór wlotowy powietrza a podstrefy podmuchowe są oddzielone od siebie pionowymi przegrodami ulokowanymi pod bieżniami rusztu, charakteryzuje się tym, że szerokość każdej strefy podmuchowej mierzona na poziomie pokładu rusztowego jest równa odległości pomiędzy dwiema strefami podmuchowymi na tym poziomie.

Korzystnie, każdy otwór wlotowy powietrza ma kształt powstały z trójkąta ostrokątnego przez zaokrąglenie wierzchołka jego kąta ostrego oraz zaokrąglenie przeciwległej do tego wierzchołka podstawy trójkąta, przy czym zaokrąglony wierzchołek kąta ostrego skierowany jest na zewnątrz skrzyni podrusztowej, każdy otwór wlotowy ma na obwodzie kołnierz wystający po obu stronach ścianki, w której się znajduje, zaś światło kolejnych otworów wlotowych maleje wraz z odległością otworu od osi symetrii strefy podmuchowej.

PL 201 029 B1

Korzystniej, ramiona kąta ostrego wszystkich otworów wlotowych znajdują się na podstawie i na jednym z ramion rozwartokątnego trójkąta równoramiennego, przy czym podstawa tego trójkąta jest równoległa do płaszczyzny pokładu rusztowego, jego wierzchołek znajduje się w środku długości strefy podmuchowej, zaś każde z ramion tego trójkąta tworzy z jego podstawą kąt około 10 stopni.

Korzystniej, kołnierz otworu wlotowego jest zbieżny do wnętrza strefy podmuchowej pod kątem około 5 stopni w stosunku do płaszczyzny ścianki.

Jeszcze korzystniej, w górnej części podłużnych ścianek każdej strefy podmuchowej znajdują się konfuzorowe występy o szerokości największej na poziomie pokładu rusztowego i płynnie zmniejszającej się do zera w głąb strefy podmuchowej.

Najkorzystniej, największa szerokość konfuzorowego występu jest równa około 10% szerokości strefy podmuchowej mierzonej na poziomie pokładu rusztowego, zaś płynne zmniejszenie się szerokości tego występu następuje wzdłuż łuku o promieniu równym od 0,3 do 0,4 szerokości strefy podmuchowej.

Kocioł rusztowy ze skrzynią podrusztową według wynalazku z powodzeniem pracuje przy współczynniku nadmiaru powietrza lambda od 1,3 do 1,6. W porównaniu do znanych rozwiązań wzrosła o ok. 25% sprawność kotła (do 86%), a strata kominowa spadła do 5-6%. Spadła również o ok. 30% całkowita ilość spalin, a jednocześnie o około 50% wzrosła moc jednostkowa. Dzięki zastosowaniu skrzyni podrusztowej według wynalazku możliwe będą bardzo efektywne modernizacje starych kotłów rusztowych.

Przedmiot wynalazku, w przykładzie wykonania został przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia gotową skrzynię podrusztową w widoku od góry, zaś fig. 2 przedstawia w powiększeniu widok od góry jednej strefy podmuchowej. Fig. 3 przedstawia przekrój skrzyni płaszczyzną pionową równoległą do podłużnej osi symetrii skrzyni, zaś fig.4 przedstawia przekrój płaszczyzną pionową przez jedną strefę podmuchową. Fig 5 przedstawia w powiększeniu jedną ze stref podmuchowych uwidocznionych na figurze 3, zaś fig. 6 przedstawia schemat wyznaczania kształtu i położenia otworów wlotowych, którymi powietrze dostaje się do stref podmuchowych.

Skrzynia podrusztowa według wynalazku przeznaczona do popularnego kotła rusztowego WR-5 zawiera osiem stref podmuchowych 1 o szerokości a równej 250 mm, rozdzielonych strefami uszczelniającymi 2 o tej samej szerokości. Nad strefami podmuchowymi 1 znajdują się bieżnie 3 rusztu. Komory stref podmuchowych 1 mają kształt wydłużonego odwróconego graniastosłupa ściętego, przy czym przednia z dłuższych ścianek jest ustawiona zasadniczo pionowo. Każda ze stref podmuchowych 1 podzielona jest pionowymi ściankami 41, 4 i 4' na sześć symetrycznie rozłożonych podstref podmuchowych £, 1 i 1'. Pionowe ścianki £, 4 i 4' ulokowane są pod bieżniami 3 rusztu. Każda z powstałych w ten sposób podstref ma w przedniej pionowej ściance komory podmuchowej oddzielny otwór wlotowy 51, 5, 5' z obwodowym kołnierzem 6, wystającym po obu stronach pionowej ścianki i zwężającym się do wnętrza komory podmuchowej 1 pod katem α wynoszącym około 5 stopni w stosunku do płaszczyzny pionowej ścianki. Każdy z otworów wlotowych 51, 5 5' ma kształt powstały z trójkąta ostrokątnego przez zaokrąglenie wierzchołka kąta ostrego tego trójkąta oraz zaokrąglenie przeciwległej do tego wierzchołka podstawy. Wierzchołek kąta ostrego wyznaczającego prostoliniowe boki każdego z otworów 51, 5, 5' skierowany jest na zewnątrz skrzyni podrusztowej, zaś ramiona tego kąta znajdują się na podstawie i na jednym z ramion rozwartokątnego trójkąta równoramiennego, przy czym podstawa trójkąta rozwartokątnego jest równoległa do płaszczyzny pokładu rusztowego, jego wierzchołek znajduje się w środku długości strefy podmuchowej 1, zaś każde z ramion tego trójkąta tworzy z jego podstawą kąt β wynoszący około 10 stopni. Na figurze 6 obrazującej metodę wyznaczania kształtu i wzajemnego położenia otworów wlotowych 51, 5, 5' uwidoczniona jest tylko połowa wyżej wymienionego trójkąta rozwartokątnego. W górnej części przedniej i tylnej ścianki komory podmuchowej 1 znajdują się ukształtowane z blachy konfuzorowe występy 7 mające największą szerokość b na poziomie pomostu rusztowego. Szerokość konfuzorowych występów 7 płynnie zmniejsza się do zera w głąb strefy podmuchowej 1 Korzystnie wymiar b wynosi 10% szerokości a strefy podmuchowej 1, zaś zmniejszanie się szerokości konfuzorowego występu 7 następuje wzdłuż łuku o promieniu r równym od 0,3 do 0,4 szerokości a strefy podmuchowej 1. Takie ukształtowanie przedniej i tylnej krawędzi strefy podmuchowej 1 zmniejsza przedmuchy powietrza pomiędzy sąsiadującymi strefami podmuchowymi 1. Dzięki pochylonym ściankom stref podmuchowych nie spalone cząstki węgla przelatujące przez ruszt zsypują się na dno, skąd mogą być łatwo usunięte przez zasuwy przesypowe 8 otwierane i zamykane cięgnem 9.

Opisana skrzynia podrusztowa jest jedynie przykładem realizacji wynalazku. Strefy podmuchowe 1 można dzielić na mniejszą lub większą liczbę podstref, z tym że aby uzyskać opisane efekty

PL 201 029 B1 liczba podstref nie może być mniejsza niż trzy. W przypadku podziału stref podmuchowych na nieparzystą liczbę podstref, w podstrefie środkowej znajdą się dwa symetryczne otwory wlotowe 51.

Na figurze 3 przerywanymi strzałkami pokazano zarówno kierunek przesuwania się rusztu jak i drogę napływu powietrza z wnętrza skrzyni do każdej ze stref podmuchowych. Ukształtowanie stref podmuchowych oraz kształt i wzajemne położenie otworów wylotowych, a także zaopatrzenie ich w kołnierze wywołuje bardzo pożądany z punktu widzenia procesu spalania rozkład ciśnienia powietrza, które jest największe w osi rusztu i płynnie maleje w kierunku jego krawędzi.

Claims (7)

1. Welostrefowa skrzynia kotła rusztowego, zawierająca równoległych podłużnych stref podmuchowych o osiach prostopadłych do kierunku ruchu pokładu rusztowego i poprzedzielanych strefami uszczelniającymi, przy czym strefy podmuchowe mają w jednej z dwóch dłuższych ścianek bocznych otwory wlotowe powietrza, każda strefa podmuchowa podzielona jest poprzecznie, na co najmniej trzy podstrefy podmuchowe, każda podstrefa podmuchowa ma oddzielny otwór wlotowy powietrza, a podstrefy podmuchowe są oddzielone od siebie pionowymi przegrodami ulokowanymi pod bieżniami rusztu, znamienna tym, że szerokość (a) każdej strefy podmuchowej (1) mierzona na poziomie pokładu rusztowego jest równa odległości pomiędzy dwiema strefami podmuchowymi (1) na tym poziomie.

2. Welossrefowa według z^^t^r^. 1, ζι^^ι^ϊ^ι^ι^^ tym, że każdy otwór wlotowy powietrza (51, 5, 5') ma kształt powstały z trójkąta ostrokątnego przez zaokrąglenie wierzchołka jego kąta ostrego oraz zaokrąglenie przeciwległej do tego wierzchołka podstawy trójkąta, przy czym zaokrąglony wierzchołek kąta ostrego skierowany jest na zewnątrz skrzyni podrusztowej, każdy otwór wlotowy (51, 5, 5') ma na obwodzie kołnierz (6) wystający po obu stronach ścianki, w której się znajduje, zaś światło kolejnych otworów wlotowych (51, 5, 5') maleje wraz z odległością otworu od osi symetrii strefy podmuchowej (1).

3. Wielostrefowa skrzynia podrusztowa według zastrz. 2, znamienna tym, że ramiona kąta ostrego wszystkich otworów wlotowych (51, 5, 5'), z których każdy posiada na obwodzie kołnierz (6) wystający po obu stronach ścianki, na której się znajduje, znajdują się na podstawie i na jednym z ramion rozwartokątnego trójkąta równoramiennego, przy czym podstawa tego trójkąta jest równoległa do płaszczyzny pokładu rusztowego, jego wierzchołek znajduje się w środku długości strefy podmuchowej, zaś każde z ramion tego trójkąta tworzy z jego podstawą kąt około 10 stopni.

4. skrzyniapodruszzowa według zas^z. 2, tym, że ko^ierz© o1t^(^ru wlotowego jest zbieżny do wnętrza strefy podmuchowej (1) pod kątem około 5 stopni w stosunku do płaszczyzny ścianki.

5. Wielostrefowaskrzynia podrusztowa według zastoz. 3, znam ienna tym. że ko^ierz© o1t^(^ru wlotowego jest zbieżny do wnętrza strefy podmuchowej (1) pod kątem około 5 stopni w stosunku do płaszczyzny ścianki.

6. We^ske-łowa skrzynia podrusztowa według zas-trz. 1 albo 2 albo 3 albo 4 albo 5, znamienna tym, że w górnej części podłużnych ścianek każdej strefy podmuchowej znajdują się konfuzorowe występy (7) o szerokości (b) największej na poziomie pokładu rusztowego i płynnie zmniejszającej się do zera w głąb strefy podmuchowej (1).

7. Wi^l<^^1:r^-fio\^^ skrzynia podrusztowa według 6, zn^i^i^ni^^ tym, że największa szerokość (b) konfuzorowego występu (7) jest równa około 10% szerokości (ą) strefy podmuchowej mierzonej na poziomie pokładu rusztowego, zaś płynne zmniejszenie się szerokości tego występu (7) następuje wzdłuż łuku o promieniu równym od 0,3 do 0,4 szerokości (a) strefy podmuchowej (1).