PL247342B1 - Ekonomizer dla kotłów grzewczych na biomasę - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest ekonomizer dla kotłów grzewczych na biomasę. W jednolitej skrzyniowej obudowie blaszanej z umieszczonym centralnie jednym przewałem spalinowym rozmieszczone zostały płyta sitowa prawa (1), w której dolnej części umieszczono układ wymiennikowy oparty o pęczek rurek ekranowych (2), przechodzących przez centralnie umiejscowioną płytę sitowa środkową (3) z umieszczonymi w jej górnej części przyłączami spalinowymi (4), pokrywa górna (5) umieszczonej poziomo w górnej części, przednia pokrywa boczna kanału wodnego (6), przegroda (7) rozdzielającej przestrzeń wodną komory wodnej na trzy równe części, tylna pokrywa boczna kanału wodnego, pokrywa czołowa komory wodnej (9), króćce zasilający i powrotny, pokrywa boczna rewizyjno-wyczystna, płyta sitowa lewa (12), pokrywa dolna (13) umieszczona poziomo w dolnej części.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest ekonomizer dla kotłów grzewczych na biomasę. Ekonomizer ma budowę jednolitą skrzyniową z umieszczonym centralnie jednym przewałem spalinowym pozwalającym obmyć spalinami pęczek ekranów wodnych wypełnionych wodą grzewczą doprowadzaną do kotła i jednocześnie podnosząc jej temperaturę oraz zwiększając sprawność kotła poprzez wykorzystanie ciepła utajonego wilgoci zawartej w spalinach przy jednoczesnym podniesieniu energii wewnętrznej kotła poprzez dostarczanie podgrzanej wody na zasilaniu kotła.

Nadmierna temperatura spalin czyli tzw. ciepło odpadowe jest normalnym zjawiskiem pracy kotłów grzewczych spalających biomasę. Wynika ona z: przewymiarowania instalacji grzewczej względem zapotrzebowania ciepła przez użytkowników, złego doboru kotła grzewczego do instalacji lub chwilowego udaru cieplnego poprzez spalanie nadmiernej ilości paliwa z biomasy w kotle grzewczym.

W stanie techniki znane są wymienniki ciepła dla kotłów grzewczych jednak najczęściej stanowią one zintegrowaną część kotła, a wymiennik ciepła ma budowę płomienicowo-płomieniówkową powodując, że w rurkach przepływają spaliny, a nie woda. Powoduje to trudność eksploatacji i czyszczenia powierzchni cieplnych urządzenia. Zaproponowane rozwiązanie ma charakter elementu dodatkowego kotła doposażenia kotła oraz pozwala dokonać procesu czyszczenia wymiennika ciepła ekonomizera bez rozszczelnienia przestrzeni wodnej, co wpływa na wysokie bezpieczeństwo użytkowania ekonomizera.

W stanie techniki z publikacji CN210832063U znany jest ekonomizer do kotłów grzewczych na biomasę wyposażony m.in. w płytę środkową i płaszczowo-rurowy wymiennik ciepła.

Z publikacji CN110822465A znany jest schładzacz spalin do kotłów grzewczych wyposażony m.in. w płytę środkową, zraszacz oraz wężownicowe wymienniki ciepła.

Z polskiego opisu wynalazku PL422129A1 znany jest ekonomizer do kotłów grzewczych wyposażony m.in. w zraszacze i pęczek rur wymiennika ciepła.

Rozwiązania znane w staniu techniki nie uwzględniają jednoczesnego zastosowania pęczka rur i płyty sitowej środkowej.

Celem podstawowym ekonomizera dla kotłów grzewczych na biomasę jest wykorzystanie nadmiernej energii cieplnej kotła poprzez dostarczenie jej do układu przywracając ją do obiegu energii kotła. Celem pobocznym działania ekonomizera dla kotłów grzewczych na biomasę jest obniżenie ilości emitowanych pyłów poprzez wytrącenie ich w procesie zmiany kierunku przepływu spalin przez ekrany wodne i zatrzymaniu ich w przestrzeni ekonomizera. Zastosowanie budowy skrzyniowej ekonomizera pozwala w sposób prosty wyczyścić przestrzeń spalinową z nagromadzonych z czasem pyłów. Taka konstrukcja ekonomizera przyczynia się do ograniczenia ilości emitowanych pyłów z kotła.

Na podstawie badań i prac rozwojowych wykazano, że zastosowanie ekonomizera kondensującego spaliny z kotła grzewczego na biomasę uzyskuje się: odzyskanie ciepła utajonego w parze wodnej pochodzącej z wilgoci paliwa biomasowego uchodzącej z kotła w gorących spalinach oraz podniesienie sprawności kotła poprzez doprowadzenie cieplejszej wody na zasilaniu i zwiększeniu energii wewnętrznej kotła, a to przyczynia się do zmniejszenia zużycia paliwa. Ze względu na to, że zawartość siarki w paliwach biomasowych jest marginalna proces kondensacji wilgoci spalin pozwala uzyskać nawet do kilkuset watów dodatkowej energii ze spalenia 1 kg biomasy przy jednoczesnym wytworzeniu kondensatu którego głównym składnikiem jest woda i dwutlenek węgla. Realizując prace badawcze wykazano, że dla standardowych kotłów grzewczych na biomasę w zakresie mocy do 500 kW, skondensowanie ciepła odpadowego zawartego w spalinach pozwala podnieść sprawność kotła nawet o kilka procent. Podniesienie sprawności kotła wpływa bezpośrednio na obniżenie ilości spalanego paliwa, a to przekłada się na zmniejszenie ilości emitowanych substancji szkodliwych co daje dodatkowy ekologiczny aspekt z zastosowania ekonomizera dla kotła grzewczego na biomasę.

W konstrukcji ekonomizera zastosowano skrzyniową budowę elementów blaszanych, giętych bądź skręcanych lub spawanych która umożliwia rozebranie przestrzeni spalinowej ekonomizera i dokonanie jego wyczyszczenia z pyłów. Ponadto zastosowano dwa króćce spalinowe łączące się z czopuchem kotła i przewodem kominowym. Za odbiór ciepła ze spalin i kondensacje jej wilgoci odpowiedzialny jest układ wymiennikowy oparty o pęczek rur wypełnionych wodą. Ekonomizer funkcjonuje jak wymiennik przeciwprądowy, co oznacza, że kierunek przepływu spalin jest odwrotny do przepływu wody w rurkach ekranowych, a to wpływa na wyższą sprawność wymiany ciepła wymiennika. Ponadto przepływ wody w przestrzeni wodnej ekonomizera odbywa się w sposób krzyżowy, co dodatkowo intensyfikuje wymianę ciepła w ekonomizerze i zwiększa stopień kondensacji wilgoci spalin.

Celem wynalazku jest odzysk ciepła odpadowego ze spalin w trakcie spalania biomasy drzewnej wpływając na poprawę sprawności cieplnej kotła i zminimalizowaniu zużycia paliwa przy jednoczesnym ograniczeniu ilości emitowanych pyłów. Celem pobocznym urządzenia jest ułatwiona konstrukcja pozwalająca oczyścić przestrzeń kondensacyjną ekonomizera z osadzonych pyłów.

Istotą wynalazku jest ekonomizer dla kotłów grzewczych na biomasę. Ekonomizer ten posiada rozmieszczone w jednolitej skrzyniowej obudowie blaszanej, z umieszczonym centralnie jednym przewałem spalinowym:

• płytę sitową prawą, w której dolnej części umieszczono, • układ wymiennikowy oparty o pęczek rurek ekranowych przechodzących przez, • centralnie umiejscowioną płytę sitową środkową, • przyłączami spalinowymi umieszczonymi w górnej części obudowy, • pokrywę górną umieszczoną poziomo w górnej części obudowy, • przednią pokrywę boczną kanału wodnego, • przegrodę, rozdzielającej przestrzeń wodną komory wodnej na trzy równe części, • tylną pokrywę boczną kanału wodnego, • pokrywę czołową komory wodnej, • króćce zasilający i powrotny, • pokrywę boczną rewizyjno-wyczystną, • płytę sitową lewą, • oraz pokrywę dolną, umieszczoną poziomo w dolnej części obudowy.

Wyjątkowo korzystnie pęczek rurek ekranowych stanowi układ przestawny krzyżowy, w którym odległość pomiędzy ściankami sąsiadujących rurek wynosi minimum dwie długości średnicy pojedynczej rurki ekranowej.

W innym korzystnym wariancie pęczek rurek ekranowych odsunięty jest od pokrywy bocznej rewizyjno-wyczystnej o odległość wynoszącą minimum dwie długości średnicy pojedynczej rurki ekranowej.

Zaletą rozwiązania jest możliwość odzysku energii odpadowej spalin poprzez kondensację wilgoci zawartej w spalinach. Odebranie ze spalin dodatkowej ilości energii pozwala podnieść sprawność kotła co przyczynia się do zmniejszenia i racjonalnego zużycia paliwa przez kocioł.

Konstrukcja ekonomizera pozwala obniżyć ilość emitowanych pyłów ze spalin poprzez wytrącenie i osadzenie pyłów i popiołów w przestrzeni spalinowej ekonomizera.

Kolejną zaletą rozwiązania jest zastosowanie konstrukcji skrzyniowej pozwalającej w sposób swobodny oczyścić przestrzeń spalinową ekonomizera bez konieczności odłączania go od sieci wodnej kotłowni i kotła.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest pokazany na trzech rysunkach, na których fig. 1 pokazuje rzut z przodu ekonomizera, fig. 2 rzut od góry ekonomizera, a fig. 3 rzut od boku ekonomizera.

Przykładowy ekonomizer dla kotłów grzewczych na biomasę posiada jednolitą skrzyniową obudowę blaszaną z umieszczonym centralnie jednym przewałem spalinowym i składa się z płyty sitowej prawej 1 o wysokości 400 mm, z umieszczonym w jej dolnej części pęczkiem 42 rurek ekranowych 2 o średnicy φ1/4” przechodzących przez płytę sitową środkową 3 o wysokości 300 mm z umieszonymi w górnej części przyłączami spalinowymi 4 o średnicy φ150 mm, pokrywy górnej 5 o wymiarach 600 χ 400 mm umieszczonej poziomo w górnej części, przedniej pokrywy bocznej kanału wodnego 6, przegrody 7 rozdzielającej przestrzeń wodną komory wodnej na trzy równe części, tylnej pokrywy bocznej kanału wodnego 8 o wymiarach 170 χ 60 mm, pokrywy czołowej komory wodnej 9 o wymiarach 200 χ 170 mm, króćcy zasilającego i powrotnego 10 o średnicy φ1” , pokrywy bocznej rewizyjno-wyczystnej 11, płyty sitowej lewej 12 o wysokości 400 mm, pokrywy dolnej 13 o wymiarach 600 χ 400 mm umieszczonej poziomo w dolnej części. Ekonomizer według przykładu posiada powierzchnię wymiany ciepła równą 0,63 m² i odbiera całkowite ciepło równe 1 783 W.

W ramach badań eksperymentalnych wykonano i przebadano tożsame ekonomizery do typoszeregu (pięć ekonomizerów) których wymiary geometryczne (zwiększenie powierzchni wymiany ciepła) pozwoliło uzyskać następujące parametry eksploatacyjne:

• powierzchnia wymiany ciepła: 0,95 m²; moc ekonomizera: 3 115 W, • powierzchnia wymiany ciepła: 1,68 m²; moc ekonomizera: 4 527 W, • powierzchnia wymiany ciepła: 1,90 m²; moc ekonomizera: 5 499 W, • powierzchnia wymiany ciepła: 2,90 m²; moc ekonomizera: 7 814 W.

W trakcie badań i pracy ekonomizerów o wskazanych parametrach technicznych w celu uzyskania pełnej kondensacji wilgoci ze spalin utrzymywano różnicę temperatur między króćcem zasilania a powrotu kotła grzewczego na poziomie minimum ΔΤ = 25°C.

Optymalnie zaproponowano, że pęczek rurek ekranowych 2 stanowi układ przestawny krzyżowy, w którym odległość pomiędzy ściankami sąsiadujących rurek wynosi minimum dwie długości średnicy pojedynczej rurki ekranowej. Pęczek rurek ekranowych 2 odsunięty jest od pokrywy bocznej rewizyjno-wyczystnej 11 o odległość wynoszącą minimum dwie długości średnicy pojedynczej rurki ekranowej.

Konstrukcja ta pozwala na to, że gorące spaliny przepływają przez przyłącze spalinowe 4 obmywając pęczek rurek ekranowych 2 przepływając pomiędzy przestrzeniami spalinowymi wydzielonymi płytą sitową środkową 3 i wychłodzone trafiają do drugiego przyłącza spalinowego 4. Wewnątrz rurek ekranowych 2 płynie woda pomiędzy komorami wodnymi odbierając ciepło i kondensując spaliny je obmywające. Woda wracająca z sieci cieplnej wpływa przez krócieć zasilania 10 przepływa przez rurki ekranowe 2 i wypływa przez króciec powrotny 10 połączony z króćcem zasilania kotła grzewczego. Konstrukcja ekonomizera ma postać skrzyniową rozbieralną umożliwiającą w sposób swobodny oczyszczać rurki ekranowe 2 z pyłów i popiołów oraz ma budowę symetryczną, nie wymuszającą konkretnego przyłączenia ekonomizera do sieci cieplnej kotłowni i kotła.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Ekonomizer dla kotłów grzewczych na biomasę znamienny tym, że w jednolitej skrzyniowej obudowie blaszanej, z umieszczonym centralnie jednym przewałem spalinowym, rozmieszczone zostały: płyta sitowa prawa (1), w której dolnej części umieszczono układ wymiennikowy oparty o pęczek rurek ekranowych (2), przechodzących przez centralnie umiejscowioną płytę sitową środkową (3), przyłącza spalinowe (4) umieszczone w górnej części obudowy, pokrywa górna (5) umieszczona poziomo w górnej części obudowy, przednia pokrywa boczna kanału wodnego (6), przegroda (7) rozdzielającej przestrzeń wodną komory wodnej na trzy równe części, tylna pokrywa boczna kanału wodnego (8), pokrywa czołowa komory wodnej (9), króćce zasilający i powrotny (10), pokrywa boczna rewizyjno-wyczystna (11), płyta sitowa lewa (12), pokrywa dolna (13) umieszczona poziomo w dolnej części obudowy.
2. 2. Ekonomizer według zastrz. 1 znamienny tym, że pęczek rurek ekranowych (2) stanowi układ przestawny krzyżowy, w którym odległość pomiędzy ściankami sąsiadujących rurek wynosi minimum dwie długości średnicy pojedynczej rurki ekranowej.
3. 3. Ekonomizer według zastrz. 1 znamienny tym, że pęczek rurek ekranowych (2) odsunięty jest od pokrywy bocznej rewizyjno-wyczystnej (11) o odległość wynoszącą minimum dwie długości średnicy pojedynczej rurki ekranowej.