SE510235C2 - Sätt och värmepanna för optimerad förbränning - Google Patents

Description

510 235 ' 2 Det angivna syftet uppnås enligt uppfirmingen med hjälp av ett sätt respektive en värme- panna av inledningsvis angivet slag, uppvisande de särdrag som anges i de kännetecknande delarna av kraven 1 resp. 7.

De beroende underkraven anger fördelaktiga vidareutvecklingar av den grundläggande upp- finningstanken. fa d 'v ' v ' n'n Uppfinningen och dess speciella särdrag och fördelar beskrivs närmare nedan i anslutning till ett uteslutande i exempliñerande syfte givet uttöringsexempel därav, vilket mycket schematiskt illustreras i den bifogade, enda rimingsfigtlren vilken i ett schematiskt längd- snitt därigenom visar uppbyggnaden av en värmepanna enligt uppfinningen. tal' de 'vinav in Såsom framgår av rimingsfigtiren uppvisar värmepannan 100 enligt uppfinningen ett för- bränningsrum l vilket är utfört såsom ett inre rör eller mantel med cirkelforrnigt tvärsnitt och är tillverkat i ett högvärdigt, temperatur- och korrosionsbeständigt material, företrädes- vis rostfritt stâl med en skalningstemperatur av över ca 600°C; för pannor med högre effekter skall skalningstemperaturen överstiga ca 850°C. Förbränningsrummet l kan vara omgivet av ett i rostfritt stål tillverkat yttre rör eller mantel 5 bildande en spalt Sa gentemot det inre röret 1, varvid det av spalten mellan rören bildade utrymmet utnyttjas för cirkulation av vatten eller luft i syfte att dels kyla förbränningsrurrunet och dels producera varmt vatten eller varm luft, och av ett isolerat ytterhölje 5b.

I fórbränningsnnnmet är infört ett brännarhuvud 2 vilket antingen kan vara anordnat vinkelrätt mot men företrädesvis är anordnat tangentiellt mot rörets 1 axialriktning för att erhålla en turbulent rökgasströmning och därmed en förbättrad värmeöverföring till det vatten- eller luftfyllda utrymmet 5a mellan inner- och yttermantel 1 resp. 5 samt för att för- långa uppehållstiden for glödande aska och därmed öka avskiljningen av denna aska. 3 5 1 o 2 5 5 För att ytterliggare förstärka värmeöverforing och askavskiljning kan förbränningsrummet 1 vidare förses med en i figuren antydd, spiralformad styrplàt 3 och en askavskiljare 4 vilka är utförda i högtemperaturrnaterial enligt ovan, dvs företrädesvis rostfritt stål, med en skalningstemperattir över ca 850°C för pannor med mindre effekt, och med en skalnings- temperatur kring ca 950°C för större pannor. Den spiralformade plåten 3 har en sådan bredd att den täcker ca halva förbrånningsrurnmets diameter, sett i ett tvärsnitt genom förbränningsnnnmet. Askavskiljaren 4 är anordnad vid förbränningsnlrnrnets övre ände och har formen av en mot förbränningsrurmnets inre vänd kon, i synnerhet stympad kon, samt har en total tvärsnittsarea för genomsläpp av rökgaser som är minst dubbel sä stor som som tvärsnittsarean för en nedan närmare beskriven kondensor 7.

De varma rökgasema överförs från förbränningsrlirrunet l till en kondensor 7 via en rök- gaskanal 6 utförd i rostfritt stål eller högtemperatnrmaterial enligt ovan med en skalnings- temperatur över ca 700°C för mindre pannor och över ca 800°C för större pannor. Konden- sorn 7 som kyler rökgasen till en temperatur lägre än 60°C, är utförd i ett rostfritt stål, som dels har en skalningstemperatur över ca 700°C, dels har en våtkorrosionsbeständighet som är anpassad till det bränsle som ger det mest korrosiva kondensatet. Kondensorn kan även vara utförd i Syrafast material.

Som namnet antyder har kondensorn 7 till uppgift att kondensera rökgaserna, ej endast kyla dem, dvs daggpunktstemperaturen måste underskridas, vilket också är viktigt for konden- sorns effektivitet, eftersom utan kondensering minskar kondensorns verkningsgrad dras- tiskt.

Som kondensor 7 utnyttjas en svetsad lamellvärmeväxlare med högt värmeöverfóringstal och företrädesvis uppvisande profilerade larneller. Detta är det optimala konstruktionsvalet, eftersom en plattvärmeväxlare försedd med gummipackningar inte tål de höga tempera- turerna. Detsamma gäller lödda platt- eller lamellvârmeväxlare vars lödförband också kan drabbas av korrosion. Tubvärmevâxlare klarar tekniskt driftsförhällandena men är fór dyra. 510 235 4 Kondensatet från kondensorn 7 avskiljs i en kondensatavskiljare 8 som är försedd med en plàtlabyrint och även kan vara kyld för att ytterligare sänka den från pannan utgående rökgastemperaturen samt minska fuktigheten. Rökgaskondenseringen har två för värme- paimans funktion helt avgörande effekter. Dels ökar pannans verkningsgrad, vilket både för fastighetsägaren och miljön har en mycket stor betydelse, och dels elimineras behovet av skorsten, vilket drastiskt minskar den totala installationskostnaden. Vidare minskar utsläp- pet av rniljöförorenande rökgaser.

Den starka konvektiva effekten av en skorsten är här ersatt med en kraftig flältt 9 med en nettoeffekt, korrigerad för strömningsmotstånd i utgående rör 11, som är minst lika stor som effekten från fläkten i den brännare 2 som används. Det är ett nödvändigt villkor för pannans funktion att förbränningen sker med ett ordentligt luftöverskott, och för att över- vaka att luftöverskott föreligger är värmepannan försedd med en givare 10 för direkt eller indirekt mätning av syrepotentialen, exempelvis en lambda-sond.

För att alltid säkerställa en optimal förbränning, exempelvis vid en temperatur av ca 900°C till 1000°C som ger minimal mängd NOK utnyttjas företrädesvis dessutom en icke visad temperaturgivare, en icke visad tryckmätare och ett likaledes icke visat styrsystem som i beroende av de av givarna uppmätta värdena kontinuerligt reglerar fläkten 9 och eventuellt brännaren 2 för åstadkommande av optimala förutsättningar för förbränningen. Vid ett framtida krav på miljömärkning kan därvid styrsystemet vara plomberat så att det inte kan manipuleras .

De grundläggande fördelarna med uppñnningen uppnås genom kombinationen av de för uppñnningen kännetecknande särdragen i form av rökgaskondenseringen det högvärdiga materialet och bortledningen av rökgaserna direkt, dvs utan skorsten, till atmosfären med hjälp av en fläkt som via en givare säkerställer ett luftöverskott i förbränningsprocessen.

Den föreslagna konstruktionen med ett utförande i högtemperaturmaterial och rostfritt stål och med den effektiva rökgaskondenseringen, gör det vidare möjligt att belasta pannan enligt uppñnningen med höga effekter per volymsenhet. Så har t.ex. en parma konstruerad i FVO 255 enlighet med uppñnningenjör en effekt på 10-20 kW en volym av endast ca 0,25 m3. Detta medför att värmepannan enligt denna utföringsform av uppfinningen, trots att kilopriset på ingående material är högt, kan tillverkas till en låg kostnad. Samtidigt år tillförlitligheten, på grund av frånvaro av korrosion, mycket hög, även när tunna godstjocklekar används.

Det faktum att ingen del av pannan är utsatt för högre tryck än vad som ges av högsta uppfordringshöjden för varmvatten, förenklar och förbilligar också konstruktionen.

En i många avseenden optimal konstruktion uppnås vidare genom ett utförande av värme- pannan så att de ingående komponenterna, i utformning och kapacitet är noggrant balanserade mot varandra.

I ett på figuren visat utförande kan pannan i det från fläkten 9 utgående röret 11 komplet- teras med ett spjäll 12 som via en grenledning 13 leder en reglerbar del av rökgaserna åter till brännaren 2 för återanvändning, varvid resterande del av rökgaserna i en värmeväxlare 14 utnyttjas för förvärmning av den till brännaren tillförda friskluften.

Sammanfattningsvis skall förklaras att i ett lämpligt praktiskt utförande avser uppfinningen en värmepanna med en effekt av upp till maximalt ca 500 kW, avsedd för eldning av bio- bränslen eller fossila bränslen, vilken är utförd i rostfritt stål och högtemperaturmaterial och tål höga effektbelastningar och därmed kan göras mycket kompakt samt erhåller en lång livslängd och hög verkningsgrad. Genom tangentiellt placerad förbrännare samt styrd rökgasströmning och en askavskiljare i förbränningsrummet, avskiljs glödaskan innan den förs över till kondensom. Kondensom består av en kompakt och effektiv, svetsad larnell- värmeväxlare som kraftigt kyler rökgaserna. Därmed ökar verkningsgraden kraftigt samt elimineras behovet av skorsten. Kondensatet avskiljs i en kondensatavskiljare och de kylda rökgaserna respektive en del av dessa förs sedan ut ur fastigheten med hjälp av en flälct. Åtminstone en givare styr förbränningsprocessen så att förbränningen alltid sker med luft- överskott. Ingen del av pannan är trycksatt till ett högre tryck än uppfordringstrycket till fastighetens högsta radiator. 51 Û 235 6 Därmed ástadkommes en värrnepanna som uppfyller de rniljölcrav som ställs idag och inom den närmaste framtiden, och som samtidigt även motsvarar kraven från villa- och fastig- hetsägare på en kompakt, driftsåker panna som kan installeras till en låg totalkostnad inom ett begränsat utrymme. Även om uppfinningen ovan beskrivits med hänvisning till specifika utföringsexempel därav skall det vara uppenbart att den även omfattar sådana modifieringar och förändringar därav som är uppenbara för en fackman inom området. Uppfinningens omfattning skall således endast begränsas av de bifogade patentkraven.

Claims (16)

1 Slå) 235 PATENTKRAV

1. l. Sätt att i en för förbränning av fossila bränslen och/eller biobränslen avsedd värme- panna (100) för uppvärmning av fastigheter, åstadkomma en optimal förbränning och en effektiv sänkning av temperaturen för de vid förbränning av bränslet i en i ett förbrännings- rum (l) hos värmepannan införd brännare (2) alstrade rökgasema, k ä n n e t e c k n a t a v att förbrärmingsrurnmet (1) är tillverkat av ett högvärdigt, temperatur- och korrosions- beständigt material , av att rökgasema via en rökgaskanal (6) leds från förbränningsrummet till en kondensor (7) i vilken rökgasema bringas att kondensera, dvs de kyls till en tempe- ratur understigande daggpunktstemperaturen, av att kondensom (7) och rökgaskanalen (6) likaledes är tillverkade av ett högvärdigt, temperatur- och korrosionsbeständigt material och av att de kylda rökgasema från kondensom leds direkt, dvs utan skorsten, till atmosfären med hjälp av en fläkt (9) som på i sig känt sätt styrs via åtminstone en givare (10) som säkerställer ett lufiöverskott i förbränningsprocessen.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att rökgastemperaturen i ett första steg sänks genom kontakt med det av en cirkulerande fluid kylda förbränningsrummet ( 1), och av att uppehållstiden för rökgaserna i förbränningsrummet (1) förlängs genom att rök- gasema ges en turbulent rörelse i kontakt med förbränningsrummets kylda innervägg för ökning av värmeöverföringen till den cirkulerade fluiden och för ökning av uppehållstiden för glödande aska och därmed ökning av avskiljning av denna från rökgasema i förbrän- ningsrummet.

3. Sätt enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v att förbränningsrummet (1) är utfört med en cirkulär tvärsnittsform och av att brännaren (2) är placerad tangentiellt i förhållande till förbränningsrurnmet varigenom rökgaserna bibringas den turbulenta rörelsen i form av en cirkelrörelse i förbränningsrummet, och av att rökgasemas turbulenta cirkelrörelse i förbränningsrummet (1) understödjes genom en spiralformad styrplåt (3) anordnad på förbränningsrummets innervägg, vilken styrplåt är tillverkad av ett högvärdigt, temperatur- och korrosionsbeständigt material. 510 235 8

4. Sätt enligt något eller några av kraven 1-3, k ä n n e t e c k n at a v att ingen del av pannan (100) är trycksatt till ett högre tryck än uppfordringstrycket till den högst belägna radiatom i fastigheten/fastighetema.

5. Sätt enligt något eller några av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n a t a v att en del av de av fläkten (9) bortledda rökgaserna leds tillbaka till brännaren (2) för återanvändning och/eller att till brännaren (2) tillförd friskluft förvärmes med hjälp av rökgasema.

6. Sätt enligt krav 1-5, k ä n n e t e c k n at a v att de i värmepannan (100) ingående delama i utformning och kapacitet noggrant balanseras mot varandra, och av att förbrän- ningen styrs av ett styrsystem vilket i beroende av av en lambda-sond och/eller en tempera- turgivare och/eller en tryckmätare avkända värden reglerar fläkten (9) och eventuellt brännaren (2).

7. Värmepartna (100) för förbränning av fossila bränslen och/eller biobränslen för uppvärmning av fastigheter, med ett förbränningsrum (1) med en däri införd brännare (2), k ä n n e t e c k n a d a v en via en rökgaskanal (6) i förbindelse med förbränningsrummet stående kondensor (7) för kondensering av rökgasema, dvs kylning av dessa till en tempe- ratur understigande daggpunktstemperaturen, av att förbränningsrummet (1), rökgaskanalen (6) och kondensom (7) är tillverkade av ett högvärdigt, temperatur- och korrosionsbestän- digt material, av en efter kondensom inkopplad fläkt (9) för att direkt, dvs utan skorsten, leda de kylda avgasema till atmosfären, och av åtminstone en givare (10) för direkt eller indirekt mätning av syrepotentialen, vilken på i sig känt sätt står i reglerförbindelse med fläkten för att säkerställa ett luftöverskott i förbränningsprocessen.

8. Värmepanna enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d a v att förbränningsrummets (1) innervägg utgöres av ett rör tillverkat av rostfritt stål med en skalningstemperatur över- stigande ca 600°C, vid större effekter överstigande ca 850°C, att rökgaskanalen (6) år till- verkad av rostfritt stál med en skalningstemperatur överstigande ca 700°C, vid större effekter överstigande ca 800°C, och av att kondensom (7) är tillverkad av ett rostfritt stål 510 255 med en skalningstemperatur överstigande ca 700°C samt med en våtkorrosionsbeständighet anpassad efter det bränsle som ger det mest korrosiva kondensatet.

9. Värmepanna enligt krav 7 eller 8, k ä n n e t e c k n a d a v att kondensom (7) är en svetsad larnellvärmeväxlare med högt värmeöverföringstal och med profilerade larneller och av en kondensatavskiljare (8) för avskiljning av kondensatet från kondensom, vilken uppvisar en plåtlabyrint.

10. Värmepanna enligt krav 7, 8 eller 9, k ä n n e t e c k n a d a v att förbränningsrum- met (1) uppvisar en cirkulär tvärsnittsform och en inner- respektive yttermantel (l resp. 5) med ett däremellan bildat utrymme (Sa) för cirkulation av en kylfluid och av att brännaren (2) är placerad tangentiellt i förhållande till förbränningsrummet varigenom rökgaserna bibringas en turbulent, cirkelformig rörelse i förbränningsrummet.

11. Värmepanna enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d a v en spiralformad styrplât (3) anordnad på förbränningsrummets (1) innervägg för understödjande av rökgasernas cirkel- formiga rörelse i förbränningsrummet, av att styrplåten är tillverkad av ett högvärdigt, temperatur- och korrosionsbeständigt material, i synnerhet rostfritt stål med en skalnings- temperatur överstigande ca 850°C, vid större effekter överstigande ca 950°C, och företrä- desvis uppvisar en sâdan bredd att den med dess varv täcker huvudsakligen halva förbrän- ningsrummets (1) diameter.

12. Värrnepanna enligt krav ll, k ä n n e t e c k n a d a v att i anslutning till en ände av förbränningsrummet (1) är anordnad en askavskiljare (4) uppvisande formen av en in mot förbränningsrummet (1) vänd kon, företrädesvis en stympad kon, av att askavskiljaren har en total genomströmningsarea för rökgaser som är åtminstone dubbelt så stor som den för kondensom (7) och av att askavskiljaren likaledes är tillverkad av ett högvärdigt, temperatur- och korrosionsbeständigt material, i synnerhet rostfritt stål med en skal- ningstemperatur överstigande ca 850°C, vid större effekter överstigande ca 950°C. 510 235 10

13. Värmepanna enligt något eller några av kraven 7-12, k ä n n e t e c k n a d a v ett spjäll (12) i ett från fläkten (9) utgående rör (11), för att via en grenledning (13) âterleda en del av rökgasema till brånnaren (2) för återanvändning och/eller av en vârmeväxlare (14) i kontakt med det utgående röret (13) för förvärmning av till brännaren (2) tillförd friskluft.

14. Värmeparma enligt något eller några av kraven 7-13, k ä n n e t e c k n a d a 'v att fläkten (9) har en nettoeffekt, korrigerad för strömningsmotstånd i utgående rör ( 13), som åtminstone motsvarar effekten från en i brännaren (2) anordnad fläkt.

15. Värrnepanna enligt något eller nâgra av kraven 7-14, k ä n n e t e c k n a d a v att förbränningsrummets (1) yttervägg (5) består av rostfritt stål och att i det mellan inner- och yttervägg bildade utrymmet (Sa) cirkuleras vatten eller alternativt luft för uppvärmnings- ändamål.

16. Värmepanna enligt kraven 7-15, k å n n e t e c k n a d a v att de i vårmepannan (100) ingående delarna i utformning och kapacitet år noggrant balanserade mot varandra, och av ett styrsystem för kontinuerlig reglering av fläkten (9) och eventuellt brännaren (2) i beroende av av en lambda-sond och/eller en temperaturgivare och/eller en tryckmätare avkända värden.