PL222523B1 - Palnik kotła centralnego ogrzewania do spalania miału węglowego - Google Patents

Description

(21) Num^{er z}gł^oszeni^a: ³⁹⁸³²¹ F23D 1/00 (2006.01)

F23K 3/14 (2006.01)

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 05.03.2012 (54) Palnik kotła centralnego ogrzewania do spalania miału węglowego

(43) Zgłoszenie ogłoszono: 16.09.2013 BUP 19/13	(73) Uprawniony z patentu: MLECZKO HENRYK ZAKŁAD PRODUKCYJNO-USŁUGOWO-HANDLOWY ELBET, Kraków, PL
	(72) Twórca(y) wynalazku: HENRYK MLECZKO, Kraków, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.08.2016 WUP 08/16	(74) Pełnomocnik:
	rzecz. pat. Adela Struska

PL 222 523 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest palnik kotła centralnego ogrzewania do spalania miału węglowego.

Wynalazek ma zastosowanie w dziedzinie ciepłownictwa, ogrzewania pomieszczeń, domów, czy małych zakładów itp.

Znane są różnego rodzaju rozwiązania w postaci kotłów z paleniskami retortowymi z mechanicznym podawaniem paliwa. Tego typu kotły mimo swoich zalet wymagają stosowania konfekcjo nowanego węgla o określonej granulacji (ekogroszek) i to takiego, który nie ulega spiekaniu i zawiera niewielką ilość popiołów. Jednak najczęściej produkowanymi i stosowanymi kotłami są takie, które posiadają paleniska stałe (rusztowe), a powodem tego jest możliwość spalania w nich węgla gorszej jakości. W piecach tego typu bardzo często jako paliwo jest używany miał węglowy chociaż ich konstrukcja z zasady nie jest do takiego paliwa dostosowana.

Paleniska w tego typu kotłach mają niską efektywność procesu spalania powodowaną przez niecałkowite utlenienie paliwa, mieszanie się paliwa z popiołem oraz przedostawanie się drobnego węgla do popielnika. W tego typu paleniskach kotłów ma miejsc bardzo duża emisja do atmosfery dymu, sadzy i tlenków.

Wskutek niedokładnego spalania we wnętrzu kotłów osadzają się substancje smołowe i sadza co pogarsza sprawność wymiany ciepła i utrudnia czyszczenie wnętrza. Ponadto w kotłach tych w ystępuje bardzo niestabilna moc - niska w okresie rozruchu i wygaszania, a wysoka w środkowej fazie. Wtedy często dochodzi do sytuacji, w której wytworzone ciepło nie zdąży przeniknąć do wody grzewczej i uchodzi wraz ze spalinami, pogarsza to w znaczny sposób sprawność. Podczas współpracy tych kotłów z coraz częściej stosowanymi instalacjami ogrzewania podłogowego istnieją problemy, ponieważ ogrzewanie podłogowe wymaga stabilnej mocy oraz stosunkowo niskiej temperatury czynnika grzewczego. Przy dotychczas stosowanych kotłach istnieje konieczność częstego uzupełniania paliwa i nadzoru nad pracą paleniska.

Istotą wynalazku jest palnik do spalania miału węglowego nawet o bardzo małej granulacji, przy czym intensywny proces spalania następuje w niespotykanej w dotychczasowych rozwiązaniach konstrukcji komory spalania.

Komora spalania posiada kształt nieregularnego cylindra, jest zamknięta dnem którego płas zczyzna ma jajowaty kształt, a ściany boczne są rozwarte w kierunku wylotu. W dnie tej komory znajduje się półka zsypowa paliwa oraz otwory: z których środkowy służy do dostarczania paliwa, dolny do wtłaczania powietrza wstępnego i umieszczenia pogrzebacza a górny do umieszczenia w nim rury nadmuchu powietrza wtórnego (dopalającego).

Komora spalania umieszczona jest w podobnej do niej kształtem obudowie, lecz większej rozmiarami a przestrzeń pomiędzy nimi wypełniona jest ognioodpornym materiałem izolacyjnym zamkniętym zaślepką, co w całości tworzy konstrukcję typu „termos”. W otworze dolnym stanowiącym kanał dolotowy powietrza umieszczona jest rurowa prowadnica. W prowadnicy tej znajduje się pogrzebacz z żaroodporną końcówką w kształcie ślimaka natomiast drugi koniec pogrzebacza sprzężony jest z napędem ślimaka znanego podajnika paliwa. Na dnie komory spalania pomiędzy jej bocznymi ści anami uformowana jest półka zsypowa paliwa. Bezpośrednio nad nią jest otwór środkowy zasypowy o średnicy równej średnicy wewnętrznej znanego podajnika paliwa mającego ślimak transportujący paliwo. Oś znanego podajnika odchylona jest od osi komory spalania pod kątem α. W górnym otworze komory spalania umieszczona jest żaroodporna rura dopalacza z odpowiednio umieszczonymi w niej dyszami dolotowymi powietrza wtórnego (dopalającego). Za obudową komory spalania na rurze znanego podajnika paliwa umocowana jest niewspółosiowo rura zamknięta na czołach pierścieniami, tworząca kanał dolotowo-chłodzący powietrza pierwotnego prowadzący od kolektora powietrza pierwotnego do otworu pogrzebacza. Do kolektora powietrza pierwotnego przylega kolektor powietrza wtórnego dostarczający powietrze dopalające do rury dopalacza. Oba kolektory powietrzne mają przy otworach wlotowych wspólny wentylator nadmuchowy o płynnej regulacji obrotów zamocowany do przyłącza. W kolektorach zamontowane są ręcznie sterowne, niezależne od siebie przepustnice. Sł użą one do ustawienia pożądanej wielkości przepływu powietrza pierwotnego i dopalającego. Palnik montowany jest do zewnętrznej ściany kotła grzewczego za pośrednictwem tarczy przyspawanej do rury.

Komora spalania w prostopadłych płaszczyznach do osi w przekroju A-A ma w pobliżu dna promień krzywizny mniejszy niż w górnej swej części. W pobliżu wylotu w przekroju B-B ma kształt okręgu. Szerokość komory na wysokości osi symetrii w pobliżu dna jest mniejsza niż przy wylocie.

PL 222 523 B1

W dnie komory spalania, w górnym otworze jest żaroodporna rura dopalacza którą wtłaczane jest podgrzane od jej ścian wtórne powietrze (dopalające) wypływające umieszczonymi w jej ścianach bocznych dyszami.

W kanale dolotowym powietrza umieszczony jest pogrzebacz mający żaroodporną końcówkę w kształcie ślimaka, sięgający kilka cm w głąb komory spalania. Pogrzebacz wykonuje cyklicznie ruch obrotowy i posuwisto-zwrotny. Dzięki tym ruchom spulchnia paliwo w strefie spalania wstępnego, rozdziela powietrze na dwa strumienie i dozuje je w różne jej miejsca, czyści kanał dolotowy powietrza i wspomaga wydalanie żużla z komory spalania.

Pozostałe części składowe palnika są podobne do stosowanych dotychczas rozwiązań w kotłach ze ślimakowymi podajnikami paliwa. Palnik poprawnie pracuje spalając mieszanki miału węglowego z trocinami, wiórami, drobnymi zrębkami drewna, nasionami zbóż oraz peletem.

Do sterowania pracą palnika oraz jego napędu stosowane są odpowiednie, produkowane aktualnie programatory, wentylatory oraz zespoły napędowe.

Charakterystyczną cechą w rozwiązaniu według wynalazku jest droga jaką przepływa dostarczane do komory spalania powietrze. Obydwa strumienie powietrza zostały poprowadzone w taki sposób, że zanim dotrą od wentylatora nadmuchowego do komory spalania studzą po drodze newralgic zne miejsca palnika równocześnie ogrzewając się. Ogrzane w ten sposób powietrze poprawia i intens yfikuje proces spalania.

Niewielka rozmiarami komora spalania umożliwia zamontowanie palnika do użytkowanych już kotłów do zewnętrznej ich ściany lub w miejsce drzwiczek za pośrednictwem tarczy mocującej, która może mieć dowolny kształt.

Palnik według wynalazku jest gabarytowo nieduży, i o takich parametrach spalania, które dorównują efektywnością wykorzystania energii zawartej w paliwie do poziomu jaki ma to miejsce w dużych kotłach energetycznych.

W komorze spalania palnika według wynalazku panuje nadciśnienie, które intensyfikuje i poprawia proces spalania. Nadciśnienie powstaje na skutek utrudnionego odpływu gazów spalinowych, ponieważ przestrzeń wokół paleniska zamknięta jest ścianami komory, a otwór wylotowy w czasie pracy palnika w 60% przesłonięty jest zawsze żużlem i popiołem. Charakterystyczną cechą palnika według wynalazku jest mała powierzchnia palącego się złoża. Nawet przy mocy 15 kW nie przekracza ona 100 cm a proces spalania odbywa się gwałtownie. Palnik może pracować w trybie ciągłym w bardzo szerokim zakresie mocy od 0,5-20 kW, przy czym cały czas stabilnie utrzymuje zadaną moc. Jest to konieczne w instalacjach grzewczych typu nadmuchowego oraz podłogowego.

Podczas pracy w trybie przerywanym, podobnym do pracy palników retortowych, ma o wiele dłuższy czas postoju, po którym bezproblemowo wznawia pracę. Ten długi czas czuwania, w którym utrzymywany jest dyżurny żar (do 10 godz.) osiągnięty został dzięki zastosowaniu komory spalania o rozwiązaniu typu „termos” oraz zamkniętą jej konstrukcją. Jej część otwarta, to mniej niż poł owa powierzchni otworu wylotowego. Zgromadzony w palniku żużel i popiół zamyka więcej niż połowę otworu wylotowego osłaniając żar przed wystudzeniem.

W palniku według wynalazku w trakcie spalania miału węglowego w tym także takiego, który ulega spiekaniu oraz tych zawierających znaczne ilości popiołów i łupków osiąga się minimalną ilość emisji: sadzy, dymów i tlenków. Palnik ten nie osadza na wewnętrznych ścianach kotła sadzy i substancji smolistych. Ściany kotła pokrywają się tylko jałowymi pyłami, które łatwo usunąć w czasie czyszczenia. Żużel i popiół są także wolne od jakichkolwiek substancji palnych. Istnieje również możliwość spalania w nim mieszanek miału węglowego z takimi dodatkami jak: trociny, wióry, ziarna zbóż, drobne zrębki drewna. Palnik według wynalazku ma zdolność utrzymywania stabilnej, zadanej mocy w pełnym jej zakresie i pozwala na płynną jej regulację. Charakteryzuje się małą bezwładnością cieplną w fazie zwiększania a także w czasie spadku zapotrzebowania na energię. Możliwe jest sterowanie pracy palnika za pomocą programatora. Dużym plusem tego palnika jest możliwość jego zastosowania w użytkowanych już kotłach.

Palnik według wynalazku został przedstawiony na rysunku na którym fig. 1 ukazuje palnik w przekroju poprzecznym, fig. 2 przedstawia kształt komory spalania w płaszczyznach prostopadłych do osi w przekrojach A-A i B-B, natomiast fig. 3 pokazuje układ stref w komorze w procesie spalania.

Zasadniczą częścią palnika jest komora spalania 1 w kształcie nieregularnego cylindra wykonana z żaroodpornego materiału, zamknięta dnem.

Komora spalania w pobliżu dna (przekrój A-A) posiada jajowaty kształt gdzie w dolnej części ma promień krzywizny r-1 mniejszy niż w części górnej r-2. W pobliżu wylotu (przekrój B-B) ma kształt

PL 222 523 B1 okręgu o promieniu r-3. Ponadto szerokość komory spalania 1 na wysokości osi symetrii w pobliżu dna D-1 jest mniejsza niż szerokość przy wylocie D-2. Komora spalania 1 umieszczona jest w podobnej do niej kształtem obudowie 2, lecz większej rozmiarami. Przestrzeń pomiędzy komorą spalania 1, a obudową 2 wypełniona jest materiałem izolacyjnym 2 odpornym na wysokie temperatury. Materiał izolacyjny 2 zamknięty jest zaślepką 4. Komora spalania 1 wraz z obudową 2 stanowią konstrukcję typu „termos”.

W dnie komory spalania 1 znajduje się dolny otwór, który stanowi kanał dolotowy powietrza pierwotnego. W otworze tym znajduje się pogrzebacz 5 mający żaroodporną końcówkę w kształcie ślimaka. Pogrzebacz 5 umieszczony jest w rurowej prowadnicy 6 przymocowanej do rury 12. Pogrzebacz 5 jest sprzężony drugim końcem mechanicznie z przekładnią ślimaka 9, znanego podajnika 8 w taki sposób, że wykonuje ruch obrotowy oraz posuwisto-zwrotny. W dnie komory spalania 1 pomiędzy jej bocznymi ścianami nad pogrzebaczem 5 uformowana jest półka zsypowa paliwa 7. Bezpośrednio nad półką wykonany jest otwór zasypowy paliwa, o średnicy równej średnicy wewnętrznej rury podajnika paliwa. W osi tego otworu do zewnętrznej obudowy komory 2 umocowana jest rura podajnika 8, w której pracuje ślimak 9. Oś podajnika 8 odchylona jest od osi komory spalania pod kątem a.

W dnie komory spalania 1 w górnym otworze umieszczona jest żaroodporna rura dopalacza 10 z odpowiednio usytuowanymi w niej dyszami dolotowymi 11 powietrza wtórnego, (dopalającego). Może ona także być wykonana jako wspólny odlew wraz z komorą spalania. Za obudową komory spalania 2 na rurze podajnika 8 umocowana jest niewspółosiowo rura 12 zamknięta na czołach pierścieniami. Tworzy ona kanał dolotowo-chłodzący powietrza pierwotnego prowadzący od kolektora powietrza pierwotnego 13 do otworu pogrzebacza 5. Do ścianki kolektora powietrza pierwotnego 13 przylega kolektor powietrza wtórnego 13a, przez który dostarczane jest do rury dopalacza 10 powietrze wtórne (dopalające).

Oba kolektory powietrzne 13 i 13a mają przy otworach wlotowych wspólny wentylator nadmuchowy o płynnej regulacji obrotów zamocowany do przyłącza 14.

W kolektorach 13 i 13a zainstalowane są ręcznie sterowane niezależne od siebie przepustnice 15 i 15a. Służą one do ustawienia pożądanej wielkości przepływu powietrza pierwotnego i dopalającego dostosowanego do rodzaju używanego paliwa. Do ściany kotła grzewczego palnik jest montowany za pośrednictwem tarczy 16 przyspawanej do rury 12.

Pozostałe części składowe palnika są znane w dotychczas stosowanych w kotłach ze ślimakowymi podajnikami paliwa. Na rurze 8 zainstalowany jest zamykany hermetycznie zasobnik, z którego ślimakowy podajnik 9 pobiera paliwo. Jako napęd służy dwustopniowa przekładnia ślimakowa, która jednocześnie wprawia w ruch pogrzebacz 5. Palnik może współpracować ze sterownikami używanymi do obsługi palenisk retortowych z mechanicznym podawaniem paliwa.

Zasada działania palnika według wynalazku polega na dostarczaniu paliwa do komory spalania 1 przez podajnik paliwa 9 rurą 8 z zasobnika umieszczonego na tej rurze. Do strefy wstępnego spalania paliwo przesuwa się po półce 7 nad ślimakową końcówkę pogrzebacza 5 umieszczonego w otworze dolotowym powietrza wstępnego pod tą półką.

Powietrze wstępne tłoczone jest z kolektora 13 do kanału utworzonego przez rurę 12 gdzie chłodzi końcówkę rury podajnika 8. Podgrzane od tej rury powietrze przepływa do prowadnicy 6 pogrzebacza 5 a następnie wzdłuż zwojów pogrzebacza 5 do strefy, gdzie zachodzi proces wstępnego spalania. Po uruchomieniu palnika wraz z upływem czasu grubość złoża żużla i popiołu, na powierzchni którego trwa spalanie, osiąga wysokość połowy średnicy otworu zasypowego. Wówczas pod działaniem siły naporu następnych porcji paliwa oraz przy wspomaganiu ruchu obrotowego i posuwisto-zwrotnego pogrzebacza 5, palące się złoże paliwa jest cyklicznie przesuwane w stronę wylotu. Tworząca się pionowa szczelina wypełnia się nową porcją paliwa, która ulega zapaleniu w kontakcie z poprzednią. Powietrze pierwotne poprzez ślimakowe zwoje pogrzebacza 5 dostarczane jest na głębokość kilku cm w głąb odsuniętego złoża, gdzie w dalszym ciągu trwa dopalanie i wyżarzanie grubszych frakcji paliwa fig. 3. Po kilku cm (przy intensywnym podawaniu paliwa do kilkunastu cm) następuje całkowite wypalenie resztek paliwa w złożu, a skrzep żużla i popiołu zastyga i ulega obkurczeniu. Ponieważ ściany boczne komory spalania 1 na całej długości są rozwarte w kierunku wylotu, dlatego pomiędzy nimi, a uformowanym w węższej przestrzeni skrzepem żużla powstają wolne przestrzenie w kształcie łukowatego klina, (kieszenie) 17. W kieszeniach 17 osadzają się drobiny pyłów wtłaczane siłą odśrodkową powstającą w dwóch spiralnych wirach płomieni w czasie procesu dopalania spalin. Proces dopalania spalin następuje w górnej części komory. Wypływające dyszami 11 z rury dopalacza 10 strumienie powietrza wtórnego (dopalającego) rozdzielają płomień wydobywający się ze strefy spalaPL 222 523 B1 nia wstępnego, natleniają go i wprowadzają w dwa spiralne wiry fot. 1. Wydostający się z palnika płomień jest pozbawiony jakichkolwiek substancji palnych.

Pogrzebacz 5 poprzez odpowiednie przełożenie będąc sprzężony z napędem podajnika paliwa wykonuje cyklicznie ruch obrotowy i posuwisto-zwrotny. Ruchem obrotowym czyści kanał dolotowy powietrza pierwotnego, usuwają z niego ewentualne zanieczyszczenia w postaci popiołu żużla lub cząstek paliwa. Pogrzebacz 5 rozdziela strumień powietrza na dwie części, a wykonując cyklicznie nich obrotowy dozuje powietrze w różne strefy palącego się złoża paliwa. Pogrzebacz 5 swoim ruchem obrotowym i posuwisto-zwrotnym spulchnia strefę spalania paliwa, co ma szczególnie znaczenie przy spalaniu bardzo drobnego miału węglowego, powoduje rozrywanie ewentualnych spieków żużla na segmenty i wspomaga wydalanie stałych produktów spalania z komory spalania 1.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Palnik kotła centralnego ogrzewania do spalania miału węglowego, mający hermetycznie zamknięty zasobnik paliwa ze ślimakiem pobierającym paliwo, napędzany dwustopniową przekładnią ślimakową, mocy współpracować ze sterownikami używanymi do obsługi palenisk retortowych z m echanicznym podawaniem paliwa, znamienny tym, że ma komorę spalania (1) w kształcie nieregularnego cylindra, zamkniętą dnem o jajowatym kształcie umieszczoną w podobnej do niej kształtem lecz większej rozmiarami obudowie (2), a przestrzeń między nimi wypełniona jest materiałem izolacyjnym (3) odpornym na wysokie temperatury, który zamknięty jest zaślepką (4), przy czym w dnie komory spalania (1) znajduje się otwór dolny, który stanowi kanał dolotowy powietrza pierwotnego, w którym umieszczona jest rurowa prowadnica (6) zamocowana do rury (12) z umieszczonym w prowadnicy (6) pogrzebaczem (5) mającym żaroodporną końcówkę w kształcie ślimaka, zaś z drugiej strony pogrzebacz (5) jest sprzężony z napędem ślimaka (9), natomiast na dnie komory spalania (1) pomiędzy jej bocznymi ścianami, nad pogrzebaczem (5) rozpięta jest półka zsypowa paliwa (7), a bezpośrednio nad nią jest otwór środkowy, zasypowy o średnicy równej średnicy wewnętrznej rury znanego podajnika (8), natomiast w osi tego otworu za zewnętrzną obudową (2) komory spalania (1) umocowana jest rura znanego podajnika (8) którego oś odchylona jest od osi komory spalania (1) pod kątem (a) przy czym w górnym otworze dna komory spalania (1) umieszczona jest żaroodporna rura dopalacza (10) z odpowiednio usytuowanymi w niej dyszami dolotowymi (11) powietrza wtórnego (dopalającego), natomiast za obudową komory spalania (2) na rurze znanego podajnika (8) umocowana jest niewspółosiowo rura (12) zamknięta na czołach pierścieniami tworząc kanał dolotowo-chłodzący powietrza pierwotnego prowadzący od kolektora powietrza pierwotnego (13) do otworu pogrzebacza (5), natomiast do ścianki kolektora powietrza pierwotnego (13) przylega kolektor powietrza wtórnego (13a) dostarczający powietrze dopalające do rury dopalacza (10), przy czym oba powietrzne kolektory (13) i (13a) mają przy otworach wlotowych wspólny wentylator nadmuchowy o płynnej regulacji obrotów zamocowany do przyłącza (14) zaś w kolektorach (13) i (13a) zainstalowane są ręcznie sterowane niezależne od siebie przepustnice (15) i (15a) służące do ustawienia pożądanej wielkości przepływu powietrza pierwotnego i dopalającego, ponadto palnik jest montowany do ściany kotła grzewczego za pośrednictwem tarczy (16) przyspawanej do rury (12).
2. 2. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że komora spalania (1) wykonana z żaroodpornego materiału ma kształt nieregularnego cylindra, zamkniętego dnem o jajowatym kształcie, przy czym w płaszczyznach prostopadłych do osi w przekroju A-A ma w pobliżu dna promień krzywizny (r-1) mniejszy niż w części górnej (r-2), zaś w pobliżu wylotu w przekroju B-B ma kształt okręgu o promieniu (r-3), ponadto szerokość komory (1) na wysokości osi symetrii w pobliżu dna (D-1) jest mniejsza niż przy wylocie (D-2).
3. 3. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że pogrzebacz (5) mający żaroodporną końcówkę w kształcie ślimaka sięgającą kilka cm w głąb komory spalania wykonuje cyklicznie ruch obrotowy i posuwisto-zwrotny spulchniając paliwo w strefie spalania wstępnego, rozdziela powietrze na dwa strumienie i dozuje je w różne miejsca strefy spalania, czyści kanał dolotowy powietrza i wspomaga wydalanie żużla z komory spalania.