PL231251B1 - Palnik zgazowanego biopaliwa, zwłaszcza pelletu drzewnego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest palnik zgazowanego biopaliwa, zwłaszcza pelletu drzewnego lub innego drobnogranulowanego paliwa ekologicznego. Palnik stanowi źródło ciepła dla różnego rodzaju odbiorników: pieców, kotłów, kominków, pieców do saun, nagrzewnic powietrza i innych urządzeń techniki cieplnej mocy do około 500 kW.

Znane są różne rozwiązania zespołów grzewczych, w których ciepło uzyskiwane jest w wyniku spalania gazu palnego otrzymanego przez termiczny rozkład drobnogranulowanego biopaliwa w warunkach jego częściowego spalania przy znacznym niedoborze powietrza. Znany palnik przedstawiony w polskim opisie patentowym PL 208551 zasilany jest gazem drzewnym uzyskanym z procesu zgazowania pelletów w komorze paleniskowej. Dysza strumieniowa mieszania powietrza wtórnego z gazem drzewnym wyprowadzona jest na płytę montażową obudowy palnika. Palnik mocowany jest do korpusu pieca, który wyposażony jest w wentylator wyciągowy na kanale odprowadzania spalin do komina. Komora paleniskowa ma grawitacyjnie zasilany przez rurę zasypową koszowy ruszt ograniczony ściankami stałymi i ścianką ruchomą dna rusztu. Ruszt w komorze paleniskowej zamocowany jest wychylnie w układzie wagi dźwigniowej równoważącej ciężar własny rusztu - z wymaganą ilością pelletów - przez przeciwciężar osadzony na drugim ramieniu dźwigni wagowej. Moment wychylenia z położenia równowagi inicjuje sygnał do oprogramowanego modułu sterowania i przerwanie pracy dozownika pelletów. Ścianka dna rusztu otwierana jest siłownikiem mechanizmu oczyszczania, co umożliwia okresowe, grawitacyjne usuwanie szlaki, żużla i innych niespalonych pozostałości do popielnika. W strefę dna rusztu doprowadzony jest wylot powietrznej zapalarki elektrycznej, która w fazie rozruchu tłoczy powietrze o temperaturze około 600-700°C. Ponad rusztem zabudowana jest przegroda perforowana, oddzielająca przestrzeń spalania pelletu od wlotu gazu drzewnego do palnika strumieniowego. Rura zasypowa objęta jest rurą swobodnego zasysania powietrza wtórnego do palnika strumienicowego przez komorę powietrza wydzieloną nad komorą paleniskową. Wagowy system regulacji poziomu pelletu na ruszcie jest mało dokładny, obarczony błędami masy pozostałości przywartych do rusztu, które niecałkowicie odpadają przy okresowym otwieraniu ścianki dennej oraz zmiennym oporem wychylania wagi dźwigniowej.

Znane jest również z opisu patentowego PL 216981 rozwiązanie wkładu paleniskowego do pieca na drobnogranulowane paliwo stałe, zwłaszcza pellety, w którym koszowy ruszt ma odchylną ściankę przednią, której dolna krawędź przylega do przedniej krawędzi ścianki dna. Ściankę tylną tworzą górna ścianka stała i dolna ścianka ruchoma, dolną krawędzią opierającą się o ściankę dna. Okresowo, w cyklu ustalonym przez oprogramowanie, dolna ścianka ruchoma przesuwana jest siłownikiem do przodu, powodując zgarnianie ze ścianki dna niespalonych pozostałości spalania do popielnika - co dokonuje się z równoczesnym odchylaniem ścianki przedniej. Zastosowany w rozwiązaniu moduł sterowania przerywa pracę dozownika pelletów po otrzymaniu sygnału z bramki czujników optoelektronicznych, które ustalone są na maksymalnym poziomie warstwy pelletów na ruszcie. Optoelektroniczny nadajnik i odbiornik zabudowane są na końcach rurowych kanałów wyprowadzonych na zewnątrz bocznych ścian korpusu, gdzie osadzone są ze szczelinami umożliwiającymi połączenie rurowych kanałów z otoczeniem. W warunkach występującego w komorze paleniskowej podciśnienia zapewnia to wymagane schłodzenie elementów czujnika w strumieniach zasysanego powietrza.

W warunkach określonej mocy cieplnej wysoka sprawność procesu spalania przy możliwie najniższej emisji szkodliwych związków do atmosfery wymaga zachowania praktycznie stałego współczynnika nadmiaru lub niedomiaru powietrza w komorze paleniskowej. Warunek ten podstawowo zależy od różnic ciśnień inicjujących dopływ powietrza do komory paleniskowej, grubości warstwy pelletów na ruszcie oraz od utrzymania czystości rusztu o stałej powierzchni przelotu szczelin powietrznych.

W rozwiązaniu przedstawionym w opisie EP 1559957 płaskie lub promieniowo wyoblone dno rusztu oczyszczane jest przez uruchamiany okresowo zgarniacz, przemieszczany liniowo lub obrotowo. Skuteczna czystość rusztu wymaga, by oprócz zsunięcia pozostałości z górnej powierzchni oczyszczane były również przestrzenie wewnętrzne szczelin powietrznych. Problem ten w ruszcie według opisu KR 101295328 rozwiązano stosując konstrukcję złożoną z trzech grzebieniowych elementów, które w położeniu wspólnej płaszczyzny wnikają zębami między siebie. Element środkowy, zamocowany obrotowo w korpusie rusztu ma obustronne uzębienie, co stanowi, że przy wymuszonym programem okresowym obrocie dochodzi nie tylko do grawitacyjnego opadania pozostałości z elementu środkowego do popielnika - ale również do wypychania pozostałości ze szczelin powietrznych, między zębami wszystkich elementów.

PL 231 251 B1

Rozwiązanie palnika według niniejszego wynalazku zawiera wiele cech wspólnych z powyżej opisanymi rozwiązaniami, natomiast wyróżnia się tym, że ściankę ruchomą rusztu stanowi jednolity element złożony z połączonych ze sobą pod kątem rozwartym ścianki-tylnej ze ścianką dna. W skrajnym położeniu zamkniętego rusztu przednia krawędź ścianki dna przylega do dolnej krawędzi ścianki przedniej. Do ścianki tylnej zamocowana jest oś obrotu łożyskowana w ściankach bocznych rusztu oraz napędzana siłownikiem mechanizmu oczyszczania. Strefa narożna połączenia obu ścianek ponacinana jest szczelinami powietrznymi ukierunkowanymi prostopadłe do osi obrotu. Za ścianką tylną za mocowany jest grzebień czyszczący z zębami rozstawionymi tak, że po obrocie ścianki ruchomej do skrajnego położenia otwarcia rusztu przenikają one szczeliny powietrzne ścianki ruchomej.

Korzystnym jest, gdy od dolnej krawędzi ścianka przednia jest wybrzuszona wewnętrznym promieniem prowadzonym z osi obrotu, a górna krawędź ścianki tylnej przy obrocie ścianki ruchomej zakreśla łuk o promieniu mniejszym o szczelinę ruchową od wewnętrznego promienia wybrzuszenia.

Korzystnym również jest wykonanie palnika, w którym krawędzie natarcia zębów grzebienia czyszczącego są w widoku z boku odchylone od kierunku promienia prowadzonego z osi obrotu, k orzystnie według krzywizny górnej ćwiartki koła.

Precyzyjną regulację wymaganej ilości paliwa na ruszcie zapewnia zastosowanie dwóch czujników poziomu biopaliwa, pracujących w zakresie promieniowania podczerwonego i we własnych kodach komunikacji. Dolny tor pomiarowy usytuowany jest bezpośrednio nad środkiem szerokości ścianki dna, a drugi, górny w pobliżu górnej krawędzi ścianki tylnej w położeniu zamkniętego rusztu oraz pod rurą zasypową. Nadajniki i odbiorniki czujników poziomu biopaliwa osadzone są w osłonach rurkowych perforowanych otworami na odcinkach wystających ze ścian bocznych obudowy, a drugimi końcami przeprowadzone przez warstwy izolacji termicznej ścian bocznych obudowy do przestrzeni komory paleniskowej, w położeniach współosiowych z otworami w ściankach bocznych rusztu.

Również korzystnym jest wykonanie palnika, w którym ścianka tylna ma szczelinową dyszę powietrza skierowaną w stronę ścianki dna rusztu, a ścianka przednia w środku szerokości wybrzuszenia ma otwartą w stronę przestrzeni rusztu wnękę, połączoną przewodem z nadmuchową zapalarką, zabudowaną na bocznej ścianie korpusu.

Korzystnym jest, gdy oś obrotu połączona jest z siłownikiem przez sprzęgło poślizgowe.

Istotnym usprawnieniem procesu spalania w palniku według wynalazku jest zastosowanie na wlocie do rury powietrza wtórnego wentylatora nadmuchowego, którego sterowane działanie optymalizuje skład mieszaniny gazowej spalanej w palniku strumieniowym.

Palnik według wynalazku poprzez opracowanie nowej konstrukcji rusztu z oczyszczan iem grzebieniowym oraz dwupoziomowej kontroli poziomu biopaliwa - zapewnia automatyczne prowadzenie procesu spalania z wysoką dokładnością dozowania, efektem ponad 90% sprawności procesu oraz niską emisją szkodliwych związków do atmosfery. Precyzja w prowadzeniu procesu spalania osiągana jest poprzez wykorzystanie w oprogramowaniu sygnałów czujnika poziomu dolnego - do sterowania pracą zapalarki, dozownika biopaliwa i siłownika mechanizmu oczyszczania rusztu, oraz sygnałów czujnika górnego - do bieżącej kontroli pracy dozownika i górnego poziomu biopaliwa. Zastosowanie czujników podczerwieni pracujących w różnych kodach komunikacji, na różnych częstotliwościach fal elektromagnetycznych eliminuje możliwość błędów odbioru sygnału.

Pełne zrozumienie wynalazku umożliwi opis przykładowego wykonania palnika zasilanego pelletami drzewnymi pokazanego na rysunku, którego poszczególne figury przedstawiają:

Fig. 1 - przekrój pionowy palnika,

Fig. 2 - palnik z przodu w półprzekrój-półwidoku, na figurach Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6 i Fig. 7 - ruszt palnika pokazany kolejno: w przekrojach poprzecznych w położeniu zamkniętym i otwartym rusztu, widoku z góry, widoku perspektywicznym od tyłu i od przodu, a na figurach Fig. 8 i Fig. 9 widoki perspektywiczne palnika w widoku z tyłu i z przodu.

Palnik posiada obudowę 1, w której zabudowana jest komora paleniskowa 2 stanowiąca wytwornicę gazu drzewnego „g”, który doprowadzany jest do palnika strumieniowego 3 i spalany po zmieszaniu z powietrzem wtórnym „p”. Palnik strumieniowy 3 wystaje z przedniej ściany obudowy 1 i przez płytę montażową 4 wprowadzony jest w przestrzeń komory pieca wyposażonego w wentylator odciągowy gazów spalinowych. Komora paleniskowa 2 ma koszowy ruszt 5 zasilany grawitacyjnie pelletem „bp” przez pionową rurę zasypową 6, która połączona jest z nie pokazanym na rysunku dozownikiem ślimakowym. Rura zasypowa 6 objęta jest rurą powietrza wtórnego 7 mającą zabudowany na wlocie wentylator nadmuchowy 8. Rura powietrza wtórnego 7 połączona jest z palnikiem strumieniowym 3 przez wydzieloną nad komorą paleniskową 2 komorę powietrza 9. Ruszt 5 ograniczony jest ściankami stałymi:

PL 231 251 B1 dwoma ściankami bocznymi 10 i ścianką przednią 11, oraz ścianką ruchomą która stanowi jednolity element złożony ze sztywno połączonych ze sobą pod kątem rozwartym „a” około 130°: poziomej ścianki dna 12 i pochyłej ścianki tylnej 13. Przednia krawędź „kd” ścianki dna 12 w skrajnym położeniu zamkniętym „A” rusztu 5 przylega do dolnej krawędzi „kp” ścianki przedniej 11. Z tyłu, do ścianki tylnej 13 zamocowana jest oś obrotu 14, łożyskowana w ściankach bocznych 10 rusztu 5 i napędzana przez sprzęgło poślizgowe 15 siłownikiem 16 motoreduktora zamocowanego na bocznej ścianie obudowy 1. Ścianka tylna 13 ma szczelinową dyszę powietrza 17, usytuowaną równolegle i poniżej osi obrotu 14, oraz skierowaną w stronę ścianki dna 12 rusztu 5. Strefa naroża połączenia ścianki dna 12 i ścianki tylnej 13 ponacinana jest szczelinami powietrznymi 18 ukierunkowanymi prostopadłe do osi obrotu 14. Za ścianką tylną 13 zamocowany jest grzebień czyszczący 19 z zębami 20 rozstawionymi według podziałki szczelin powietrznych 18. W wyniku, po obrocie ścianki ruchomej 12 i 13 do skrajnego położenia otwarcia „B” rusztu 5 zęby 20 przenikając przez szczeliny powietrzne 18 oczyszczają je z zalegających pozostałości spalania, które opadają do popielnika 21. Skuteczności oczyszczania sprzyja łukowe ukształtowanie krawędzi natarcia zębów 20, które w widoku z boku mają kształt górnej ćwiartki koła. Od dolnej krawędzi ścianka przednia 11 ma wybrzuszenie 22 zakreślone wewnętrznym promieniem „r2” z osi obrotu 14, natomiast górna krawędź „kt” ścianki tylnej 13 przy obrocie zakreśla łuk o promieniu „r1” mniejszym o szczelinę ruchową „s” od wewnętrznego promienia „r2” wybrzuszenia 22. Ścianka przednia 11 w środku szerokości wybrzuszenia 22 ma otwartą w stronę przestrzeni rusztu 5 wnękę 23, połączoną przewodem 24 z zapalarką nadmuchową 25, zabudowaną na bocznej ścianie korpusu 1.

Do zamocowanej na obudowie 1 skrzynki podłączeniowej 26 modułu sterowania doprowadzone są przewodami w rurach osłonowych 27 sygnały z dwóch czujników poziomu pelletów na ruszcie 5, pracujących w zakresie promieniowania podczerwonego oraz we własnych kodach komunikacji. Dolny czujnik poziomu 28 pracujący na częstotliwości 36 kHz ma tor pomiarowy usytuowany bezpośrednio nad środkiem ścianki dna 12, natomiast górny 29 emitujący falę elektromagnetyczną o częstotliwości 40 kHz zabudowany jest w pobliżu górnej krawędzi „kt” ścianki tylnej 13 w położeniu zamkniętego „A” rusztu 5 oraz pod rurą zasypową 6. Nadajniki 30 i odbiorniki 31 czujników poziomu 28 i 29 osadzone są po obu stronach obudowy 1 w osłonach rurkowych 32 perforowanych otworami na odcinkach wystających ze ścian bocznych obudowy 1. Osłony rurkowe 32 doprowadzone są przez warstwy izolacji termicznej 33 obudowy 1 do przestrzeni komory paleniskowej 2, w położeniach współosiowych z otworami 34 w ściankach bocznych 10 rusztu 5.

Na sygnał „start” oprogramowany moduł sterowania 26 uruchamia dozownik pelletów oraz zapalarkę nadmuchową 25. Po otrzymaniu sygnału z dolnego poziomu czujnika 28 dozowanie zostaje przerwane a następujący potem zanik sygnału świadczący o rozpaleniu peletów inicjuje wyłączenie zapalarki 25 i ponowne włączenie dozowania aż do poziomu sygnału z górnego czujnika 29. Sterownik utrzymuje poziom pelletów między czujnikami dolnym 28 i górnym 29. Jednocześnie sygnały z górnego czujnika 29, wychwytujące pojedynczo opadające pellety, potwierdzają informację o prawidłowej pracy dozownika. W cyklu ustalonym dla określonej jakości pelletów oprogramowanie wymusza czynności oczyszczania szczelin powietrznych 18 rusztu 5, dokonując kolejno wypalenia warstwy pelletów i obrotu ścianki ruchomej 12 i 13.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Palnik zgazowanego biopaliwa, zwłaszcza pelletu drzewnego, zawierający obudowę (1) z zabudowaną wewnątrz komorą paleniskową (2) i palnikiem strumieniowym (3) wyprowadzonym przez płytę montażową (4), oraz w którym komora paleniskowa (2) ma grawitacyjnie zasilany przez rurę zasypową (6) koszowy ruszt (5) ograniczony ściankami stałymi (10, 11) i ścianką ruchomą (12, 13) napędzaną siłownikiem (16) mechanizmu oczyszczania rusztu (5), ponad to wyposażony w elektryczną zapalarkę nadmuchową (25), oraz bezdotykowy czujnik poziomu (29) biopaliwa, którego sygnał doprowadzony jest do oprogramowanego modułu sterowania, ponad to w którym rura zasypowa (6) objęta jest rurą powietrza wtórnego (7) połączoną z palnikiem strumieniowym (3) przez komorę powietrza (9) wydzieloną nad komorą paleniskową (2), znamienny tym, że ściankę ruchomą (12, 13) rusztu (5) stanowi jednolity element złożony z połączonych ze sobą pod kątem rozwartym (a) ścianka-tylna (13) i ścianka dna (12), której przednia krawędź (kd) w skrajnym położeniu zamkniętym (A) rusztu (5) przylega do dolnej krawędzi ścianki przedniej (kp), natomiast do ścianki tylnej (13) zamocowana jest oś obrotu

   PL 231 251 B1 (14) łożyskowana w ściankach bocznych (10) rusztu (5) i napędzana siłownikiem (16) mechanizmu oczyszczania, przy czym strefa naroża połączenia obu ścianek (12, 13) ponacinana jest szczelinami powietrznymi (18) ukierunkowanymi prostopadłe do osi obrotu (14), a ponad to za ścianką tylną (13) zamocowany jest grzebień czyszczący (19) z zębami (20) rozstawionymi tak, że po obrocie ścianki ruchomej (12, 13) do skrajnego położenia otwarcia (B) rusztu (5) przenikają one szczeliny powietrzne (18) ścianki ruchomej (12, 13).
2. 2. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że ścianka przednia (11) ma wybrzuszenie (22) zakreślone wewnętrznym promieniem (r2) z osi obrotu (14) a górna krawędź ścianki tylnej (kt) przy obrocie zakreśla łuk o promieniu (r1) mniejszym o szczelinę ruchową (s) od wewnętrznego promienia (r2) wybrzuszenia (22).
3. 3. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że krawędzie natarcia zębów (20) grzebienia czyszczącego (19) w widoku z boku odchylone są od kierunku promienia prowadzonego z osi obrotu (14), korzystnie według krzywizny górnej ćwiartki koła.
4. 4. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że ma dwa czujniki poziomu (28, 29) biopaliwa na ruszcie (5), pracujące w zakresie promieniowania podczerwonego we własnych kodach komunikacji, z których dolny (28) ma tor pomiarowy usytuowany bezpośrednio nad środkiem ścianki dna (12) a drugi, górny (29) zabudowany jest w pobliżu górnej krawędzi ścianki tylnej (kt) w położeniu zamknięcia (A) rusztu (5) oraz pod rurą zasypową (6).
5. 5. Palnik według zastrz. 4, znamienny tym, że nadajniki (30) i odbiorniki (31) czujników poziomu (28, 29) biopaliwa osadzone są w osłonach rurkowych (32) perforowanych otworami na odcinkach wystających ze ścian bocznych obudowy (1) oraz które drugimi końcami przeprowadzone są przez warstwy izolacji termicznej (33) ścian bocznych obudowy (1) do przestrzeni komory paleniskowej (2), w położeniach współosiowych z otworami (34) w ściankach bocznych (10 ) rusztu (5).
6. 6. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że ścianka tylna (13) ma szczelinową dyszę powietrza (17), równoległą do osi obrotu (14) i skierowaną w stronę ścianki dna (12) rusztu (5).
7. 7. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że ścianka przednia (11) w środku szerokości wybrzuszenia (22) ma otwartą w stronę przestrzeni rusztu (5) wnękę (23), połączoną przewodem (24) z nadmuchową zapalarką (25), zabudowaną na bocznej ścianie obudowy (1).
8. 8. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że oś obrotu (14) połączona jest z siłownikiem (16) przez sprzęgło poślizgowe (15).
9. 9. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że na wlocie do rury powietrza wtórnego (7) zabudowany jest wentylator nadmuchowy (8).