PL242793B1 - Kocioł grzewczy dolnego spalania z wirową komorą spalania i systemem przepustnic powietrza pierwotnego - Google Patents

Abstract

Wirowa komora spalania z systemem przepustnic powietrza pierwotnego charakteryzuje się tym, że gaz drzewny pobierany z komory paliwowo-gazyfikacyjnej (4) formowany jest w pionowej rurze komory mieszania (1) w cylindrycznie ukształtowany strumień wypływający ku górze przy ściankach komory. Powyżej wylotu kolektora gazu drzewnego (2) usytuowany jest pierścieniowy kolektor zasilania podgrzewanym powietrzem wtórnym (3). Na wylotach kolektorów zasilających zainstalowane są łopatki koronowego zawirowywacza (6) wytwarzające wir gazów (5). Na wylocie komory spalania (8) umieszczony jest pierścieniowy deflektor (10) zacieśniający przepływający strumień płonących gazów (7) do środka cylindrycznej komory. Rozpalanie i spalanie paliwa rozpoczyna się na dole komory od jej tyłu i przemieszcza się ku przodowi. Pod wybrane strefy rusztu doprowadzane jest powietrze pierwotne (p.p.) poprzez samoregulujący się system przepustnic, przy czym ostatnia przepustnica wyposażona w przedłużenie (16) zagłębiające się w ruszt jest najdłuższa a pozostałe coraz krótsze w kierunku do przodu kotła. W trakcie wypalania się przestrzeni wokół przedłużenia (16) pierwszej najdłuższej przepustnicy (12), ustępuje jej blokowanie paliwem i samoczynne opuszczanie pod wpływem ciężaru całego zespołu połączonych przepustnic. Zapobiega to ”zwarciu” i niekontrolowanemu przepływowi powietrza pierwotnego (p.p.) do komory spalania i komina z pominięciem strefy gazyfikacji.

Description

Przedmiotem wynalazku jest wirowa komora spalania z samoregulującym się doprowadzaniem powietrza pierwotnego do gazyfikacji. Wytwarzany w komorze paliwowo-gazyfikacyjnej gaz drzewny w procesie niepełnego spalania zdrewniałej biomasy drzewnej jest dopalany w komorze spalania po doprowadzeniu i wymieszaniu z powietrzem wtórnym. Ten system przebiegu spalania stosowany jest w kotłach grzewczych dolnego spalania do zasilania instalacji centralnego ogrzewania i wytwar zania ciepłej wody użytkowej.

Podstawowym problemem przy spalaniu różnorodnej pod względem struktury gatunku i wilgotności biomas celulozowo-ligninowych gazyfikowanych w dużych komorach paliwowo-gazyfikacyjnych jest uzyskanie jednorodnego gazu drzewnego, jego wymieszanie z powietrzem wtórnym i spalenie przy jak najmniejszej emisji CO, OGC, NOx i pyłów. W procesie gazyfikacji wilgotnych biomas uzyskuje się temperatury 500°C - 600°C a następnie w procesie dopalania w komorze spalania 700°C - 800°C. Taka temperatura jest za niska aby uzyskać pełne dopalenie CO i OGC. Powinna być temperatura 900°C - 1000°C. Istotne jest również dobre wymieszanie gazu drzewnego z powietrzem wtórnym w celu uzyskania właściwej do .spalania mieszaniny paliwowo-powietrznej. Powyższe problemy rozwiązują częściowo opracowania techniczne zawarte m.in. w poniższych patentach i zgłoszeniach patentowych.

Znana z opisu patentowego Zestawu grzewczego P.424340 podgrzewana komora spalania posiada płaskie elementy grzejne zasilane energią elektryczną. Usytuowane są one pod kątem ostrym do kierunku przepływu spalin.

W zgłoszeniu patentowym P.436043 Kotła grzewczego dolnego spalania pokazana jest podgrzewana prądem elektrycznym krzyżowa komora spalania z ruchomym rusztem i sterowanym dopływem powietrza pierwotnego do komory gazyfikacyjnej realizowanym obrotową rurą wyposażoną w podłużne wyloty.

W zgłoszeniu patentowym P.434906 Kotłobufora opisany jest system doprowadzania strumieni powietrza pierwotnego pod ruszt regulowanych wahliwymi przepustnicami, przy czym pierwsza przepustnica ustawiona jest w pozycji 20° a pozostałe pod kątem 0° do poziomu rusztu a ich zbiorcze wahliwe przestawianie realizowane jest ręcznie. Ponadto w tym rozwiązaniu opisana jest wirowa komora spalania z podgrzewanymi elektrycznie elementami grzejnymi przy czym wir gazów wytwarzany jest w kierownicy powietrza w postaci zwiniętego płaskownika z dolną półką o kształcie spirali Archimedesa (zastrzeżenie 3).

Wirowa komora spalania wg wynalazku stanowi nowe, inne konstrukcyjnie rozwiązanie techniczne nie naruszające powyższych dokumentów patentowych oraz innych opracowań.

Istota wynalazku charakteryzuje się tym, że gaz drzewny pobierany z komory paliwowo-gazyfikacyjnej formowany jest w pionowej rurze komory mieszania w cylindrycznie ukształtowany strumień wypływający ku górze przy ściankach komory. Powyżej wylotu kolektora gazu drzewnego usytuowany jest pierścieniowy kolektor zasilania podgrzewanym powietrzem wtórnym, które wypływa promieniowo do, komory mieszania krzyżując się z gazem drzewnym. Na wylotach kolektorów zasilających zainstalowane są łopatki koronowego zawirowywacza wytwarzające wir gazów. Następuje intensywne mieszanie się gazów, tworzenie jednorodnej mieszaniny paliwowo-powietrznej i jej spalanie podczas unoszenia się ku górze. Wytworzony płomień rozszerza się wypełniając górę wirowej komory spalania. Cylindryczna komora spalania może być podgrzewana elektrycznie w celu zapewnienia jej temperatury właściwej do optymalnych warunków spalania.

Na wylocie komory spalania umieszczony jest pierścieniowy deflektor zacieśniający przepływający strumień płonących gazów do środka cylindrycznej komory. Następuje sprężanie gazów, wzrost ich temperatury i pełny proces dopalania. Po opuszczeniu zwężki następuje rozprężenie, spa dek temperatury i rozpoczyna się proces wymiany ciepła z cieczą grzewczą w pionowym wymienniku.

Jednorodny pod względem składu gaz drzewny wytwarzany jest w komorze paliwowo-gazyfikacyjnej wskutek niepełnego spalania biomasy celulozo-ligninowej umieszczonej na ruszcie. Rozpalanie i spalanie paliwa rozpoczyna się na dole komory od jej tyłu i przemieszcza się ku przodowi. Pod wybrane strefy rusztu doprowadzane jest powietrze pierwotne poprzez samoregulujący się system znanych przepustnic przy czym ostatnia przepustnica wyposażona w przedłużenie zagłębiające się w ruszt jest najdłuższa a pozostałe coraz krótsze w kierunku do przodu kotła. Kąt wierzchołkowy pochylenia przepustnic β jest mniejszy od tg ρ = μ = tg (90° - β). Taki kąt umożliwia swobodne zsuwanie się popiołu po przepustnicach powodując sukcesywne zasypywanie popiołem szczelin przepływu powietrza pierwotnego pod nimi. W trakcie rozpalania od tyłu wypala się przestrzeń wokół przedłużenia pierwszej najdłuższej przepustnicy, ustępuje jej blokowanie paliwem i samoczynne opuszczanie pod wpływem ciężaru całego zespołu połączonych przepustnic. Palenie przemieszcza się z tylnej części kotła do przedniej i następuje sukcesywne odcinanie dopływu powietrza pierwotnego pod fragmenty rusztu, na których paliwo się wypaliło. Zapobiega to zwarciu i niekontrolowanemu przepływowi powietrza pierwotnego do komory spalania i komina z pominięciem strefy gazyfikacji.

Wirowa komora spalania z samoregulującym się doprowadzaniem powietrza pierwotnego do gazyfikacji wg niniejszego wynalazku umożliwia uzyskanie niskiej emisji spalin z komory spalania a w szczególności CO, niespalonych węglowodorów CxHy oraz sadzy C.

Przedmiot wynalazku pokazano na rysunku, na którym poszczególne figury przedstawiają: Fig. 1. Przekrój pionowy dolnej części komory paliwowo-gazyfikacyjnej przy rozpalaniu, Fig. 2. Przekrój pionowy dolnej części komory paliwowo-gazyfikacyjnej przy paleniu, Fig. 3. Powiększony widok blokowania paliwem opuszczania się pierwszej przepustnicy, Fig. 4. Powiększony fragment wypływu gazu drzewnego i powietrza wtórnego i ich mieszania się, Fig. 5. Rzut z góry na kolektor doprowadzający gaz drzewny, Fig. 6. Rzut z góry na kolektor rozprowadzający powietrze wtórne.

Gaz drzewny pobierany z komory paliwowo-gazyfikacyjnej 4 formowany jest w pionowej rurze komory mieszania 1 w cylindrycznie ukształtowany strumień wypływający ku górze przy ściankach komory. Powyżej wylotu kolektora gazu drzewnego 2 usytuowany jest pierścieniowy kolektor zasilania podgrzewanym powietrzem wtórnym 3, które wypływa promieniowo do komory mieszania 1 krzyżując się z gazem drzewnym. Na wylotach kolektorów zasilających zainstalowane są łopatki koronowego zawirowywacza 6 wytwarzające wir gazów 5. Następuje intensywne mieszanie się gazów, tworzenie jednorodnej mieszaniny paliwowo-powietrznej i jej spalanie podczas unoszenia się ku górze. Wytworzony płomień rozszerza się wypełniając górę wirowej komory spalania 8. Cylindryczna komora spalania 8 może być podgrzewana elektrycznie w celu zapewnienia jej temperatury właściwej do optymalnych warunków spalania.

Na wylocie komory spalania 9 umieszczony jest pierścieniowy deflektor 10 zacieśniający przepływający strumień płonących gazów 7 do środka cylindrycznej komory. Następuje sprężanie gazów, wzrost ich temperatury i pełny proces dopalania. Po opuszczeniu zwężki następuje rozprężenie, spadek temperatury i rozpoczyna się proces wymiany ciepła z cieczą grzewczą w pionowym wymienniku.

Jednorodny pod względem składu gaz drzewny wytwarzany jest w komorze paliwowo-gazyfikacyjnej 4 wskutek niepełnego spalania biomasy celulozo-ligninowej umieszczonej na ruszcie 11. Rozpalanie i spalanie paliwa rozpoczyna się na dole komory od jej tyłu i przemieszcza się ku przodowi. Pod wybrane strefy rusztu doprowadzane jest powietrze pierwotne p.p. poprzez samoregulujący się system przepustnic przy czym ostatnia przepustnica wyposażona w przedłużenie 14 zagłębiające się w ruszt jest najdłuższa a pozostałe przepustnice 13 coraz krótsze w kierunku do przodu kotła. Kąt wierzchołkowy pochylenia przepustnic β jest mniejszy od tg ρ = μ = tg (90° - β). Taki kąt umożliwia swobodne zsuwanie się popiołu po przepustnicach powodując sukcesywne zasypywanie popiołem szczelin 15 przepływu powietrza pierwotnego p.p. pod nimi. W trakcie rozpalania od tyłu wypala się przestrzeń wokół przedłużenia 14 pierwszej najdłuższej przepustnicy 12, ustępuje jej blokowanie paliwem i samoczynne opuszczanie pod wpływem ciężaru całego zespołu połączonych przepustnic. Palenie przemieszcza się z tylnej części kotła do przedniej i następuje sukcesywne odcinanie dopływu powietrza pierwotnego p.p. pod fragmenty rusztu 11, na których paliwo się wypaliło. Zapobiega to zwarciu i niekontrolowanemu przepływowi powietrza pierwotnego p.p. do komory spalania i komina z pominięciem strefy gazyfikacji.

Claims (2)

1. Kocioł grzewczy dolnego spalania z komorą paliwowo-gazyfikacyjną, rusztem, przepustnicami powietrza pierwotnego, komorą spalania, kolektorami gazu drzewnego i powietrza wtórnego, znamienny tym, że pod wirową komorą spalania (8) w komorze mieszania (1) zainstalowany jest kolektor gazu drzewnego (2) umieszczony przy wewnętrznej ściance kolektora powietrza wtórnego (3) i łopatek koronowego zawirowywacza (6) umieszczonego na wlocie komory mieszania (1), przy czym na wylocie komory spalania (9) umieszczony jest pierścieniowy deflektor (10).

2. Kocioł grzewczy według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że pod rusztem (11) komory paliwowo-gazyfikacyjnej (4) zainstalowany jest system przepustnic (12) i (13) powietrza pierwotnego (p.p.) przy czym ostatnia najdłuższa przepustnica (12) wyposażona w przedłużenie (14) zagłębiające się w ruszt (11) z paliwem oraz pozostałe krótsze przepustnice (13) są pochylone w pozycji opuszczonej pod kątem wierzchołkowym (β) pomiędzy płaszczyznami pionowymi a płaszczyznami przepustnic tworząc szczeliny (15) pod nimi.