CZ18603U1 - Combustion burner - combustion chamber - Google Patents

Description

Hořák na spalování - spalovací komoraBurner for combustion - combustion chamber

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení se týká strojírenského výrobku - hořáku, doplněného podavačem paliva a elektronickou řídicí jednotkou, která umožňuje automatický chod celé soustavy. Hořák je určen k získávání energie spalováním tuhého paliva, biomasy, především pelet ze dřeva, rostlinných materiálů a obilí.The technical solution concerns an engineering product - a burner, supplemented by a fuel feeder and an electronic control unit, which enables the automatic operation of the whole system. The burner is designed to extract energy by burning solid fuel, biomass, especially wood pellets, plant materials and grain.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Spalování biomasy je jednou z progresivních cest náhrady klasických paliv (fosilních) alternativními zdroji. V této oblasti probíhá bouřlivý vývoj ve dvou směrech:Biomass burning is one of the progressive ways of replacing conventional fossil fuels with alternative sources. There are two major developments in this area:

- vývoj paliv (materiálů, z nichž je připravováno palivo);- development of fuels (materials from which fuel is prepared);

- vývoj spalovacích mechanismů (především hořáků).- development of combustion mechanisms (especially burners).

Současné technologické postupy se snaží využít hořáky klasické konstrukce odvozené z roštů (pohyblivých nebo nepohyblivých), případně s aktivním provzdušňováním, apod.Current technological procedures try to use burners of classical construction derived from grates (movable or immovable), possibly with active aeration, etc.

Níže popsané technické řešení se týká oblasti vývoje spalovacích mechanismů (hořáků).The technical solution described below relates to the field of development of combustion mechanisms (burners).

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Níže uvedené technické řešení pracuje na odlišném principu s využitím několika vývojově nových prvků:The technical solution below works on a different principle using several developmentally new elements:

- Spalovací komora ve tvaru pláště válce s děrovanými stěnami, případně pláště komolého kužele s děrovanými stěnami; tento tvar zajišťuje výhody:- Combustion chamber in the form of a cylinder wall with perforated walls or a frustoconical wall with perforated walls; This shape provides advantages:

a) snadný přístup vzduchu k palivu v průběhu spalování,(a) easy access of air to the fuel during combustion;

b) průběžný automatický přísun paliva a odstraňování popela,b) continuous automatic fuel supply and ash removal,

c) bezchybnou funkci hořáku i při spalování paliva s nízkou teplotou tavení popela.c) Flawless burner function even when burning low-melting fuel.

Spalovací komora ve tvaru pláště válce nebo pláště komolého kuželu dává možnost otáčení podle osy válce v průběhu spalování, což vede k průběžnému promísení a provzdušnění paliva, čímž je zaj ištěno j eho dokonalé prohoření.The combustion chamber in the form of a cylinder shell or truncated cone gives the possibility of rotation along the cylinder axis during combustion, resulting in continuous mixing and aeration of the fuel, thereby ensuring perfect combustion.

Technické řešení slouží především k vytápění rodinných domů a provozoven s výkonem soustavy od 8 KW do 2 MW, při dalších úpravách i více.The technical solution is used primarily for heating single-family houses and premises with the output of the system from 8 KW to 2 MW, and further modifications even more.

Hořák, resp. celou soustavu (včetně podavače paliva a elektronické jednotky) je nutné používat jako součásti v kotlích na tuhá paliva. Vlastní hořák je výhodně koncipován tak, aby mohl nahra30 dit spalovací jednotky v běžně používaných kotlích na tuhá paliva většiny výrobců.Burner, resp. the entire system (including fuel feeder and electronic unit) must be used as components in solid fuel boilers. The burner itself is preferably designed to replace combustion units in conventional solid fuel boilers of most manufacturers.

Ověřené je použití hořáků v kotlích tuzemských výrobců, které jsou vybaveny přírubou, kam lze válcovitý hořák namontovat. U kotlů, kde je osazení hořáku řešeno jinak, je nutné přizpůsobit montáž hořáku specifickým podmínkám daným konstrukcí. Navíc je nutné spojení hořáku a kotle podrobit v každém jednotlivém případě testům v příslušné státní zkušebně.The use of burners in boilers of domestic manufacturers, which are equipped with a flange to which the cylindrical burner can be mounted, is proven. For boilers where the burner configuration is different, it is necessary to adapt the burner assembly to the specific conditions given by the design. In addition, the burner / boiler connection must be tested in each individual case in the relevant state testing laboratory.

U testovaných kotlů je příruba na levé i pravé straně, aby bylo možné optimálně nastavit funkčnost hořáku s ohledem na lokální podmínky. U takových kotlů probíhá montáž hořáku do kotle v následujících krocích:For the tested boilers, the flange is on both the left and right sides in order to optimally adjust the burner functionality with respect to local conditions. For such boilers, the burner is installed in the boiler in the following steps:

- Vymontování původní spalovací jednotky. Kotel je vybaven dvěma přírubami - jedna příruba je zaslepena, ve druhé je namontován původní hořák. Ten se vyjme z příruby, ve které je namon40 tován. (Úprava jinak koncipovaného kotle před montáží nového hořáku. Do kotle se musí navařit příruba, na kterou se hořák přišroubuje).- Removing the original combustion unit. The boiler is equipped with two flanges - one flange is blinded, the other is fitted with the original burner. This is removed from the flange in which it is mounted. (Modification of a differently designed boiler before installation of a new burner. The flange must be welded into the boiler to which the burner is screwed).

-1 CZ 18603 Ul-1 CZ 18603 Ul

- Sejmutí víka příruby na kotli (pravé nebo levé podle konkrétní instalace), zaslepení druhé příruby víkem a přišroubování nového hořáku dle technického řešení. Úprava trvá cca 20 min.- Removing the flange cover on the boiler (right or left depending on the installation), closing the second flange with the cover and screwing the new burner according to the technical solution. Adjustment takes approx. 20 min.

- Dokončení montáže nového hořáku pro spalování biomasy: přišroubovaný hořák se doplní sekundárním šnekem na palivo a zásobníkem paliva, zapojí se do zásuvky 220 V. Na elektro5 nice hořáku se nastaví jmenovitý výkon vhodný pro vytápěný prostor.- Completing the installation of the new biomass burner: the screwed burner is completed with a secondary fuel screw and fuel reservoir, plugged into a 220 V socket. The burner's electrical power is set to the rated output suitable for the heated space.

Hořák spaluje biomasu v podobě pelet z různých materiálů (energetické rostliny, sláma, technické konopí, odpady z obilí atd.), dřevěné pelety, drcené uhlí, obilí, kukuřici atd.The burner burns biomass in the form of pellets of various materials (energy plants, straw, technical hemp, grain waste, etc.), wood pellets, crushed coal, grain, corn, etc.

Vlastní hořák je doplněn mechanismem na přívod paliva a elektronickou řídicí jednotkou, která zajišťuje automatický chod celého systému.The burner itself is complemented by a fuel supply mechanism and an electronic control unit, which ensures automatic operation of the entire system.

i o Jednotlivé komponenty systému - j sou následuj ící:Individual components of the system are as follows:

Palivo (pelety z biomasy různého původu, podobný drcený materiál) je uskladněno v násypce vhodného tvaru, nejčastěji zkoseného kvádru nebo jehlanu postaveného na špici. Tento tvar zaručuje, že se palivo vlastní vahou sesypává k nej nižšímu bodu násypky, kterým prochází šnekový dopravník.The fuel (biomass pellets of various origins, similar to crushed material) is stored in a hopper of suitable shape, most often a beveled block or pyramid on top. This shape ensures that the fuel is poured under its own weight to the lowest point of the hopper through which the screw conveyor passes.

Násypka může být vyrobena z různých materiálů, výhodně z ocelového plechu tl. 1 mm s ochranou proti korozi. Požadovaného tvaru je dosaženo svařováním jednotlivých stěn. Lze použít standardně prodávané násypky. Násypka je z bezpečnostních důvodů oddělena od kotle rotační klapkou, která je součástí hořáku. Není tudíž možné, aby došlo ke vznícení paliva v sekundárním šneku a následně zásobníku s palivem. Z bezpečnostních důvodů musí být násypka umístěna v minimální vzdálenosti 1 m od tělesa kotle.The hopper can be made of various materials, preferably of steel sheet tl. 1 mm with corrosion protection. The required shape is achieved by welding the individual walls. Hoppers sold as standard can be used. For safety reasons, the hopper is separated from the boiler by a rotary flap, which is part of the burner. It is therefore not possible for the fuel to ignite in the secondary screw and subsequently the fuel container. For safety reasons, the hopper must be located at a minimum distance of 1 m from the boiler body.

Dopravník je roura kruhového průřezu, ve které je veden šnekový podavač. Může být použit sekundární dopravník standardně dodávaný tuzemskými výrobci. Při delších a složitých dopravních cestách se používají pneumatické dopravníky.The conveyor is a pipe of circular cross section in which the screw feeder is guided. A secondary conveyor as standard supplied by domestic manufacturers can be used. Pneumatic conveyors are used for long and complex transport routes.

Délka dopravníku není teoreticky omezena, prakticky je možné pracovat s délkou do 5 metrů.The length of the conveyor is not theoretically limited, it is practically possible to work with a length of up to 5 meters.

Roura je shora otevřena v místě, kde prochází dnem násypky. Palivo tak padá do dopravníku aje pohybem šneku unášeno k žáruvzdorné spalovací komoře.The pipe is open from above where it passes through the bottom of the hopper. Thus, the fuel falls into the conveyor and is carried by the screw to the refractory combustion chamber.

Některé dopravníky mají speciální výsuvnou nohu, ta se nastaví podle umístění kotle s hořákem, tak, aby pohyb paliva v dopravníku byl veden maximálně vodorovným směrem. U jiných typů dopravníků je vhodné zajistit vodorovný posun paliva jiným způsobem podle lokálních podmí30 nek instalace.Some conveyors have a special extendable leg, which is adjusted according to the location of the boiler with the burner, so that the fuel movement in the conveyor is guided in a maximum horizontal direction. For other types of conveyors, it is advisable to provide horizontal fuel displacement by other means according to local installation conditions.

Dopravník končí v těsné blízkosti kotle a vstupuje do krátké svisle vedené roury, kterou padá palivo do palivového šneku, který už je součástí kotle. Svislá roura je osazena vrtulkovým čidlem a rotační klapkou.The conveyor ends in close proximity to the boiler and enters a short, vertically guided pipe through which the fuel falls into the fuel screw, which is already part of the boiler. The vertical pipe is fitted with a propeller sensor and a rotary damper.

Elektronické ovládání: Na hořáku je umístěna deska s inteligentním displejem osazená dvěma procesory mikročip, sadou optotriaků pro ovládaní ventilátoru se zpětnou vazbou, hlavního motoru, zapalovací trysky, sekundárního šneku, čerpadla kotle. Dále obsahuje vstupní brány pro snímání fotocely (hoří-nehoří), koncových spínačů bubnu pro kontrolu natočení roury hořáku při zapalování, snímání vrtulkového čidla na palivo, termostatu kotle, pokojového termostatu, interaktivní ovládání obsluhou pomocí klávesnice a displeje (nastavuje se cca 20 proměnných, které jsou uloženy v trvalé paměti EEPROM). Dále je deska vybavena kódem (nežádoucí manipulace). Ovládací deska eviduje také provozní hodiny.Electronic control: The burner is equipped with an intelligent display board equipped with two microchip processors, a set of optotriacs to control the feedback fan, the main engine, the ignition nozzle, the secondary screw, the boiler pump. It also includes entrance gates for sensing the photocell (burn-on-fire), limit switches of the drum to control the rotation of the burner pipe at ignition, sensing the propeller fuel sensor, boiler thermostat, room thermostat, interactive control by keyboard and display (approx. which are stored in non-volatile EEPROM). Furthermore, the board is equipped with a code (unwanted manipulation). The control board also records operating hours.

Hořák - žáruvzdorná spalovací komora (otáčecí) podle tohoto technického řešení se skládá z vnějšího tělesa hořáku, které plní dvě funkce: fixuje spalovací komoru ve funkčním nastavení a zajišťuje chlazení homí částí hořáku vzduchem z hlavního ventilátoru. Ten vstupuje do spalovací komory, předehřívá se a tím zvyšuje účinnost hoření.Burner - refractory combustion chamber (rotary) according to this technical solution consists of an external burner body that performs two functions: it fixes the combustion chamber in the functional setting and ensures cooling of the upper part of the burner with air from the main fan. This enters the combustion chamber, preheats and thus increases the combustion efficiency.

Vnější těleso je dvouplášťová komora tvaru dutého kvádru o čtvercové podstavě vyrobená z běžného ocelového plechu síly 3 mm. Základem vnějšího tělesa je hlavní lóže - rám, na kterém jsou také upevněny plechy spodního krytu. Homí část tvoří turbokomora, spodní vzduchová komora,The outer body is a double-walled hollow-block chamber with a square base made of 3 mm thick standard steel sheet. The base of the outer body is the main box - the frame on which the lower cover plates are also fixed. The upper part consists of the turbo chamber, the lower air chamber,

- 2 CZ 18603 Ul jsou navzájem spojeny šesti šrouby. Turbokomora tak kryje spalovací komoru shora a ze stran, vzduchová komora zespodu a ze stran. Hlavní tělesová osa celého kvádru je ve vodorovné poloze, obě čtvercové podstavy tak tvoří čela vnějšího tělesa. V obou čelech jsou kruhové otvory, rovnoměrně rozdělené mezi turbokomoru a vzduchovou komoru. Jedním otvorem vstupuje do vnějšího tělesa dopravník paliva, z druhého vystupuje otevřený konec spalovací komory. U válcové komory je hlavní osa vnějšího tělesa rovnoběžná s osou spalovací komory.They are connected to each other by six screws. Thus, the turbo chamber covers the combustion chamber from above and from the sides, the air chamber from below and from the sides. The main body axis of the whole block is in horizontal position, so both square bases form the fronts of the outer body. In both faces there are circular openings equally distributed between the turbo chamber and the air chamber. A fuel conveyor enters the outer body through one opening, and the open end of the combustion chamber exits from the other. In the cylindrical chamber, the main axis of the outer body is parallel to the axis of the combustion chamber.

Vnější obal komory tvoří krycí plechy. Jejich hlavní funkcí je zvýšení bezpečnosti provozu hořáku (nedovolují vniknutí cizích těles k hořáku).The outer casing of the chamber is formed by cover plates. Their main function is to increase the safety of the burner operation (they do not allow foreign bodies to enter the burner).

Do vnějšího tělesa ústí vodorovně uložený palivový šnek. Jeho funkcí je přivádět palivo do hořá10 ku. Roura palivového šneku není na vstupu do kotle uzavřena, palivo je z ní tak vytlačováno pohybem šneku přímo do spalovací komory. Díky kruhovému průřezu komory je přechod jednoduchý - spalovací komora tvoří souosé (případně téměř souosé) pokračování roury palivového šneku. Palivový šnek je na opačném konci napojen na dopravník paliva ze zásobníku svislou hadicí, na které je osazeno vrtulkové čidlo a rotační klapka (turniket).A horizontally placed fuel auger opens into the outer body. Its function is to supply fuel to the burner. The fuel screw pipe is not closed at the boiler inlet, so the fuel is forced out of it by moving the screw directly into the combustion chamber. Due to the circular cross-section of the chamber, the transition is simple - the combustion chamber forms a coaxial (or almost coaxial) continuation of the fuel screw pipe. At the opposite end, the fuel auger is connected to the fuel conveyor from the tank by a vertical hose, on which a propeller sensor and a rotary damper (turnstile) are fitted.

Vrtulkové čidlo indikuje přítomnost paliva ve vstupní rouře. Když palivo dojde, vrtulkové čidlo dává signál řídicí desce a ta spouští na nastavený čas šnekový dopravník vedoucí od zásobníku ke svislé rouře.The propeller sensor indicates the presence of fuel in the inlet pipe. When fuel runs out, the propeller sensor gives a signal to the control board, which triggers a worm conveyor leading from the tank to the vertical pipe for a set time.

Rotační klapka je zařízení, které zabraňuje zpětnému prohoření paliva do palivové roury a dále dopravníkem do zásobníku. Zároveň dávkuje přísun paliva do hořáku.The rotary damper is a device that prevents the fuel from burning back into the fuel pipe and the conveyor into the tank. It also feeds the fuel to the burner.

Otvor, kterým vstupuje do vnějšího tělesa dopravník paliva, musí být osazen přírubou, která slouží k montáži hořáku do kotlů. Tato příruba je částečně součástí kotle, ale částečně je nezbytné ji přizpůsobit hořáku. Na tuto přírubu nasedá příruba hořáku. Ta tvoří zadní část spalovací komory, ústí do ní palivový šnek, je na ní umístěna i zapalovací tryska, ucpávka a futro se dvěma uhlíkovými ložisky.The opening through which the fuel conveyor enters the outer body must be fitted with a flange that is used to mount the burner in the boilers. This flange is part of the boiler, but it is necessary to adapt it to the burner. The burner flange is mounted on this flange. It forms the rear part of the combustion chamber, there is a fuel auger, there is also placed the ignition nozzle, seal and futro with two carbon bearings.

Spalovací komora je vyrobena ze šedé litiny. Má tvar pláště válce (roury) částečně zasunuté souose ve vnějším tělese hořáku. Po celé ploše roury jsou vyvrtané otvory. Ve vnějším tělese se spalovací komora otáčí na uhlíkových žáruvzdorných kluzných ložiskách okolo své osy (hlavní osa válce), která je zároveň osou vnějšího tělesa. Do otvoru v jedné podstavě válce (která je skryta uvnitř vnějšího tělesa) ústí dopravník paliva. Předěl mezi spalovací komorou a dopravní30 kem je utěsněn těsnicí přepážkou s uhlíkovým žáruvzdorným ložiskem. Palivo tak vstupuje do spalovací komory bez možnosti propadu mezi ústím dopravníku a vstupním otvorem.The combustion chamber is made of gray cast iron. It has the shape of a cylinder shell (tube) partially inserted coaxially in the outer torch body. Holes are drilled throughout the pipe. In the outer body, the combustion chamber rotates on carbon refractory plain bearings about its axis (the main axis of the cylinder), which is also the axis of the outer body. The fuel conveyor opens into an opening in one cylinder base (which is hidden inside the outer body). The partition between the combustion chamber and the conveyor 30 is sealed with a sealing baffle with a carbon refractory bearing. Thus, the fuel enters the combustion chamber without the possibility of a sink between the mouth of the conveyor and the inlet.

Druhá podstava válce (umístěná vně vnějšího tělesa) chybí. Tímto otvorem odcházejí plynné i pevné spaliny (popel).A second cylinder base (located outside the outer body) is missing. Gaseous and solid flue gases (ash) leave through this opening.

Do čela spalovací komory vedle vstupu dopravníku ústí zapalovací tryska. Tryska je topná spi35 rála doplněná malým ventilátorem s vlastní bimetalovou ochranou.An ignition nozzle opens into the front of the combustion chamber next to the conveyor inlet. The nozzle is a heating coil35 supplemented by a small fan with its own bimetallic protection.

Je použit standardní radiální ventilátor. Ten je ovládán řídicí elektronikou ve 250 úrovních ventilace. Pro každé palivo, každý komín a každý kotel je nastavována jiná úroveň ventilace (množství kyslíku). Pro každý režim chodu hořáku (zapalování, plný chod a odstavování hořáku je přiřazena proměnná, která přesně určí množství vzduchu vháněné do spalovací komory. Dále je ventilátor používán na chlazení zadní částí hořáku, dávkovacího šneku, uhlíkových ložisek a zapalovací trysky.A standard centrifugal fan is used. It is controlled by the control electronics in 250 ventilation levels. A different ventilation level (amount of oxygen) is set for each fuel, each chimney and each boiler. For each burner operation mode (ignition, full run, and burner shutdown), a variable is assigned to accurately determine the amount of air blown into the combustion chamber, and the fan is used to cool the back of the burner, dosing worm, carbon bearings and ignition nozzle.

Celý systém je poháněn jedním elektromotorem na napětí 220 V s výkonem 0,25 kW a šnekovou převodovkou. Vzduchování a chlazení je zajišťováno ventilátorem o výkonu 8 W. K zapalovaní hořáku je použita zapalovací tryska 2 kW. Na detekci paliva slouží vrtulkové čidlo 2 W. Celý hořák je ovládán a kontrolován řídicí deskou 2,5 W. Motor prostřednictvím mechanických transmisí zajišťuje následující funkce systému:The whole system is powered by a single 220 V electric motor with 0.25 kW output and worm gear. Ventilation and cooling is provided by an 8 W fan. A 2 kW pilot nozzle is used to ignite the burner. A 2 W propeller sensor is used to detect fuel. The entire burner is controlled and controlled by a 2.5 W control board. The engine provides the following system functions through mechanical transmissions:

- 3 CZ 18603 Ul- 3 CZ 18603 Ul

- Otáčení spalovací komory uvnitř tělesa hořáku (frekvence a délka otáčení je volitelná, protože pro každé palivo je optimální jiný režim otáčení). Elektronika umožňuje nastavení úhlu roury a interval pootočení výstupní otáčky motoru s převodovkou cca 1 ot. za 4,5 s.- Rotation of the combustion chamber inside the burner body (frequency and length of rotation are selectable, since a different rotation mode is optimal for each fuel). The electronics allow adjustment of the pipe angle and rotation interval of the output engine speed with the gearbox about 1 rev. in 4.5 sec.

- Otáčení šnekového podavače uvnitř dopravníku. Otáčky motoru s převodovkou cca 1 ot. za- Rotating the screw feeder inside the conveyor. Engine speed with gearbox approx. for

4,5 s. Podávači šnek se točí při chodu jedním směrem a roura se otočí při chodu motoru směrem druhým.The feed screw turns in one direction and the pipe turns in the other.

Válcová spalovací komoraCylindrical combustion chamber

Současné technologické postupy se snaží využít hořáky klasické konstrukce odvozené z roštů (pohyblivých nebo nepohyblivých, případně s aktivním provzdušňováním, apod.). Uvedený hoío řák na spalování biomasy má místo plochého roštu válcovou děrovanou spalovací komoru, která se při provozu otáčí v nastavených intervalech. Tím se palivo, které nasypává do komory palivový šnek, promíchává s palivem hořícím, opakovaně mění polohu a je dokonale provzdušněno předehřátým vzduchem přicházejícím z turbokomory. Nové palivo se tak velmi rychle zapálí a dohořívající se ještě několik desítek minut účastní spalování. Několikrát se otočí, dokonale pro15 vzdušní v celém svém objemu a vždy spolehlivě prohoří.Current technological processes try to use burners of classical construction derived from grates (movable or immovable, possibly with active aeration, etc.). Said biomass burner has a cylindrical perforated combustion chamber which rotates at set intervals during operation instead of a flat grate. In this way, the fuel, which feeds the fuel screw into the chamber, mixes with the burning fuel, repeatedly changes its position and is perfectly aerated with the preheated air coming from the turbo chamber. Thus, the new fuel ignites very quickly and burns for several more minutes into combustion. It turns several times, perfectly pro15 airborne throughout its volume, and always reliably burns.

Dohořelé palivo je vystaveno plnému žáru a dostatečnému přívodu vzduchu o teplotě 1000 až 1200 stupňů C ještě několik desítek minut poté, co úplně shoří. Tím dochází k důslednému spálení všech spalitelných složek ve stoprocentním objemu paliva a plnému využití jeho spalného tepla. Tento efekt lze velmi dobře pozorovat na analyzátoru spalínových plynů; naměřená účin20 nost celého spalovacího zařízení se pohybuje okolo 95 %.The spent fuel is exposed to full heat and sufficient air supply at a temperature of 1000 to 1200 degrees C for several tens of minutes after it has completely burned. This results in consistent combustion of all combustible components in 100% fuel volume and full utilization of its combustion heat. This effect can be observed very well on the flue gas analyzer; the measured efficiency of the entire combustion plant is around 95%.

Komora je vyrobena z masivní litiny (síla stěny 25 až 35 mm). Tím se při otáčení komora automaticky z vnější strany ochlazuje. U jiných materiálů by hrozilo roztavení nebo tepelné poškození komory.The chamber is made of solid cast iron (wall thickness 25 to 35 mm). As a result, the chamber automatically cools from the outside when it is rotated. Other materials could melt or heat the chamber.

Vzduch vstupuje do roury tak že nejdříve rouru obteče, a tím se ohřeje, poté je spodem vehnán 25 do spalovacího prostoru. Tento postup zajišťuje vyšší míru využití tepelné energie produkované hořákem.The air enters the pipe so that it first flows around the pipe and thereby heats up, then it is carried from below to the combustion chamber. This procedure ensures a higher rate of utilization of the thermal energy produced by the burner.

Přesné dávkování paliva s elektronickou regulací:Precise fuel metering with electronic control:

Elektronické ovládání umožňuje přesně dávkovat množství paliva ve spalovací komoře. Minimalizuje se tak objem nespálených zbytků, což má pozitivní dopad na hodnoty emisí, účinnost hořáku a šířku spektra paliv, která lze použít. Palivo je dávkováno rotační klapkou. Šnek slouží již jenom k dopravě paliva do spalovací komory. Do dávkovacího šneku vstupují plyny, které vznikají při spalování a jsou odděleny od okolního prostoru rotační klapkou.The electronic control enables precise dosing of the amount of fuel in the combustion chamber. This minimizes the amount of unburned residues, which has a positive impact on emission values, burner efficiency and the range of fuel spectrum that can be used. Fuel is dosed by a rotary flap. The worm is only used to transport fuel to the combustion chamber. The metering worm enters gases that are produced during combustion and are separated from the surrounding space by a rotary flap.

Možnost použití i hůře spalitelných materiálůPossibility to use even less combustible materials

Současné hořáky jsou poměrně citlivé na kvalitu použitého paliva, především na jeho vlhkost a množství odpadu, tj. popela při spalování. Námi navržený hořák díky dokonalému provzdušnění a přesnému dávkování paliva umožňuje využívat i materiály s vysokou spékavostí (např. peletovanou obilnou slámu). Spékání je dáno nízkou teplotou tavení; tou trpí téměř všechny druhy alternativních pelet včetně pelet z rašeliny. Nespékají se pouze pelety z bílého dřeva (jsou ale drahé). Při spalování se pelety taví a zahalují se do ostatního paliva a popela. Tím dochází ke spékání a dojde k ucpání roštu a špatnému prohoření (uvnitř spečených kusů se nevytvoří dostatečná teplota). Tímto nedostatkem trpí všechny stávající hořáky určené pro spalování dřevěných pelet. Roura námi navrženého hořáku umí spalovat i materiály s vysokou spékavostí s dokonalým prohořením.Current burners are relatively sensitive to the quality of the fuel used, especially to its moisture content and the amount of waste, ie ash during combustion. Thanks to the perfect aeration and precise fuel dosing, the burner designed by us allows the use of materials with high caking (eg pelleted cereal straw). The sintering is due to the low melting point; almost all types of alternative pellets, including peat pellets, suffer from this. Not only white wood pellets are sintered (they are expensive). During combustion, the pellets are melted and covered in other fuel and ash. This causes sintering and clogging of the grate and poor burn-out (insufficient temperature inside the sintered pieces). All existing burners designed to burn wood pellets suffer from this drawback. The pipe of our burner can burn even materials with high caking with perfect burn-through.

Mimořádně nízké hodnoty emisíExtremely low emission values

Při spalování pevných paliv je velice důležitá otázka jejich funkčnosti, mj. hodnot emisí, které vypouštějí do ovzduší. Vysoká teplota spalování (až 1200 stupňů Celsia), které je dosaženo do-4CZ 18603 Ul konalým spalováním v otáčivé komoře, vede k velmi nízkým hodnotám emisí spalinových plynů (např. u obilných pelet PPM 12 až 20 mikrogramů/m³ při normě 2000 mikrogramů/m³).When burning solid fuels, the question of their functionality is very important, including the emission values they emit into the atmosphere. The high combustion temperature (up to 1200 degrees Celsius) that is achieved by-4CZ 18603 U1 by continuous combustion in a rotary chamber leads to very low flue gas emission values (eg for PPM cereal pellets 12 to 20 micrograms / m ³ at 2000 micrograms) / m ³ ).

Vysoká účinnost spalování a minimální odpadHigh combustion efficiency and minimal waste

Při spalování v komoře je dosahováno velice vysokých teplot, které vedou k téměř stoprocentní 5 účinnosti, tj. v popelu zůstávají pouze prakticky nespalitelné zbytky. Zároveň se tím maximalizuje energie získaná k vytápění. (Přesné procento zbytkového popela je dáno charakterem použitého paliva).During combustion in the chamber, very high temperatures are achieved which lead to almost 100% efficiency, i.e. only practically non-combustible residues remain in the ash. This also maximizes the energy generated for heating. (The exact percentage of residual ash is determined by the nature of the fuel used).

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Schéma zařízení hořáku na spalování podle tohoto technického řešení - obr. 1. ío Průběh spalování podle tohoto technického řešení - obr. 2.Scheme of the burner of the combustion burner according to this technical solution - Fig. 1. o The course of combustion according to this technical solution - Fig. 2.

Rez zařízením hořáku na spalování podle tohoto technického řešení - obr. 3.Cross section of the burner of the combustion burner according to this technical solution - Fig. 3.

Příklad provedení technického řešeníExample of technical solution

Vnější těleso je tvaru kvádru se čtvercovou podstavou, umístěné tak, že hlavní osa kvádru je ve vodorovné poloze. Tomuto umístění odpovídají rozměry 800 χ 40 χ 60 mm. Je dvouplášťové, vyrobeno z ocelového plechu síly 3 mm. Obě čtvercové podstavy tvoří čela kvádru (pravé a levé). V obou čelech jsou kruhové otvory o průměru 200 mm. Pravým otvorem vstupuje do vnějšího tělesa dopravník paliva, z levého vystupuje otevřený konec spalovací komory.The outer body is cuboid with a square base, positioned so that the main axis of the cuboid is horizontal. The dimensions of 800 χ 40 χ 60 mm correspond to this location. It is double-walled, made of 3 mm steel sheet. Both square bases form the faces of the block (right and left). In both faces there are circular holes with a diameter of 200 mm. A fuel conveyor enters the outer body through the right opening, and the open end of the combustion chamber exits from the left.

Spalovací komora je vyrobena ze šedé litiny. Má tvar pláště válce (roury) částečně zasunuté souose ve vnějším tělese hořáku. Rozměry válce jsou (průměr podstavy χ výška) 200 χ 400 mm, síla stěny 20 mm. Po celé ploše roury jsou vyvrtané otvory o průměru 4 mm ve sponu 25 χ 25 mm. Ve vnějším tělese se spalovací komora otáčí na uhlíkových žáruvzdorných kluzných ložiskách okolo své osy (hlavní osa válce, totožná s hlavní osou vnějšího tělesa). Do otvoru v pravé podstavě válce (skryté uvnitř vnějšího tělesa) ústí dopravník paliva. Vstup dopravníku má kruhový průřez o průměru 70 mm. Předěl mezi spalovací komorou a dopravníkem je utěsněn těsnicí pře25 pážkou s uhlíkovým žáruvzdorným ložiskem. Levá podstava válce (umístěná vně vnějšího tělesa) chybí. Tímto otvorem odcházejí plynné i pevné spaliny (popel).The combustion chamber is made of gray cast iron. It has the shape of a cylinder shell (tube) partially inserted coaxially in the outer torch body. The cylinder dimensions are (base diameter χ height) 200 χ 400 mm, wall thickness 20 mm. The entire surface of the pipe is drilled holes with a diameter of 4 mm in the clamp 25 χ 25 mm. In the outer body, the combustion chamber rotates on carbon refractory plain bearings about its axis (the main axis of the cylinder, identical to the main axis of the outer body). The fuel conveyor opens into a hole in the right base of the cylinder (hidden inside the outer body). The conveyor inlet has a circular cross section with a diameter of 70 mm. The separation between the combustion chamber and the conveyor is sealed with a sealing baffle with a carbon refractory bearing. The left cylinder base (located outside the outer body) is missing. Gaseous and solid flue gases (ash) leave through this opening.

Do pravého čela spalovací komory vedle vstupu dopravníku ústí zapalovací tryska. Tryska je topná spirála o výkonu 2 kW doplněná malým ventilátorem s vlastní bimetalovou ochranou.An ignition nozzle opens into the right face of the combustion chamber next to the inlet of the conveyor. The nozzle is a 2 kW heating coil with a small fan with its own bimetallic protection.

Je použit standardní radiální ventilátor o výkonu 80 W s volitelně nastavitelnými otáčkami (v rozmezí 100 až 3000 otáček/min.) pro různé druhy paliva, komínu a typy kotlů. Ventilátor dále slouží k chlazení zadní částí hořáku, dávkovacího šneku, uhlíkových ložisek a zapalovací trysky.A standard 80 W radial fan with adjustable speed (between 100 and 3000 rpm) for different types of fuel, chimney and boiler types is used. The fan also serves to cool the rear of the burner, dosing screw, carbon bearings and ignition nozzle.

Systém je vybaven vrtulkovým čidlem o příkonu 2 W, které je umístěno v dopravníku před vstupem do spalovací komory. Celý hořák je ovládán a kontrolován řídicí deskou s příkonem 2,5 W.The system is equipped with a 2 W propeller sensor located in the conveyor before entering the combustion chamber. The entire burner is controlled and controlled by a control board with a power consumption of 2.5 W.

Pohon systému zajišťuje elektromotor na napětí 220 V s výkonem 0,25 kW se šnekovou převo35 dovkou. Motor prostřednictvím mechanických transmisí zajišťuje následující funkce systému:The system is driven by a 220 V electric motor with a power output of 0.25 kW with a worm gearbox. Through mechanical transmissions, the engine provides the following system functions:

- Otáčení spalovací komory uvnitř tělesa hořáku. Elektronika umožňuje nastavení úhlu roury a interval pootočení spalovací komory. Výstupní otáčky motoru s převodovkou jsou cca 1 ot. za 4,5 s.- Rotate the combustion chamber inside the burner body. The electronics allow adjustment of the pipe angle and combustion chamber rotation interval. The output speed of the geared motor is approx. in 4.5 sec.

- Otáčení šnekového podavače uvnitř dopravníku. Podávači šnek se točí při chodu jedním smě40 rem a roura se otočí při chodu motoru směrem druhým.- Rotating the screw feeder inside the conveyor. The feed screw rotates in one direction and the pipe rotates in the other direction.

Systém funguje ve standardním režimu následovně (viz též nákres s popisky):The system operates in the standard mode as follows (see also the drawing with descriptions):

-5CZ 18603 Ul-5GB 18603 Ul

Zapalování:Ignition:

Elektronika hořáku 14 v klidovém stavu čeká na povel od hlavního termostatu (např. pokojového termostatu) o dosažení hranice nízké teploty, který slouží jako signál pro přepnutí systému do pracovního stavu. Jakmile elektronika přijme tento signál, zjistí dotazem na vrtulkové čidlo 7 přítomnost paliva v přívodním šneku; pokud není palivo v přívodním šneku indikováno, je spuštěn dopravník až do té doby, kdy vrtulkové čidlo vyšle zpět signál o jejich naplnění do šneku. Palivo pak na základě dalšího povelu řídicí jednotky šnek 12 nasype do spalovací komory a zároveň spustí ventilátor 6. Následuje zapnutí zapalovací trysky 4. Po uběhnutí dvou až tří minut zvýší řídicí elektronika otáčky ventilátoru 6 a přejde na plný chod.The burner electronics 14 at standstill await a command from the main thermostat (e.g., a room thermostat) to reach the low temperature limit, which serves as a signal to switch the system to the operating state. As soon as the electronics receives this signal, it detects the presence of fuel in the feed worm by querying the propeller sensor 7; if the fuel in the auger is not indicated, the conveyor is started until the propeller sensor sends back a signal about its filling into the auger. The fuel 12 is then injected into the combustion chamber by a further command of the control unit and at the same time the ventilator 6 is started. The ignition nozzle 4 is switched on.

ío Plný chod:Full operation:

Zhruba každých 30 s (pevně nastavený interval) přidává palivový šnek 12 palivo do spalovací komory. Spalovací komora I se zvolna otáčí a tím zajistí rovnoměrné a úplné spálení paliva při vysoké teplotě (1000 až 1200 stupňů Celsia). Tento režim trvá až do zatopení celého objektu, které indikuje hlavní termostat vydáním signálu o dosažení hranice vysoké teploty.Approximately every 30 s (fixed interval) the fuel screw 12 adds fuel to the combustion chamber. Combustion chamber I rotates slowly to ensure uniform and complete combustion of fuel at high temperature (1000 to 1200 degrees Celsius). This mode lasts until the entire object is flooded, which is indicated by the main thermostat by a signal reaching the high temperature limit.

Odstavení:Weaning:

Po signálu z termostatu o dosažení hranice vysoké teploty vydá řídicí elektronika povel k zastavení periodického přísunu paliva otáčením podávacího šneku 17, povel ke zrychlenému otáčení spalovací komory po předem pevně nastavený čas (cca 10 až 15 minut) a souběžné chlazení komory ventilátorem. Po uplynutí této doby dojde k dostatečnému vychlazení komory a celý systém přejde opět do klidového stavu, ve kterém setrvá až do přijetí povelu o dosažení hranice nízké teploty z termostatu. Po přijetí tohoto signálu opět přejde do pracovního režimu zapalování.After the thermostat has reached the high temperature limit, the control electronics issues a command to stop the periodic fuel supply by rotating the feed screw 17, a command to accelerate the combustion chamber rotation for a predetermined time (about 10 to 15 minutes) and concurrent cooling of the chamber. After this time has elapsed, the chamber will be sufficiently cooled and the entire system will return to the idle state, in which it will remain until the command to reach the low temperature limit from the thermostat. After receiving this signal, it will return to ignition mode.

Další příklady provedení technického řešení:Other examples of technical solution:

A) Celý systém funguje shodně, veškeré komponenty jsou stejných tvarů a vyrobené z identických materiálů, od původního uvedeného příkladu se liší pouze velikostí. V souvislosti s veli25 kostí se změní i jmenovité hodnoty výkonu resp. příkonu některých komponent (ventilátor, elektromotor, aj.).A) The whole system works the same, all components are of the same shape and made of identical materials, differing from the original example only in size. In relation to the size of the bones, the rated power values will also change. input of some components (fan, electric motor, etc.).

B) Celý systém funguje shodně, veškeré komponenty jsou stejných tvarů a vyrobené z identických materiálů, s výjimkou spalovací komory, která není válcového tvaru, ale je mírně kónická (plášť komolého kužele). V souvislosti s tím nejsou otvory v čelech vnějšího tělesa shodné veli30 kosti.B) The whole system works identically, all components are of the same shape and made of identical materials, except for the combustion chamber, which is not cylindrical but slightly conical (truncated cone shell). Accordingly, the holes in the faces of the outer body are not the same size.

C) Celý systém funguje shodně, veškeré komponenty jsou stejných tvarů a vyrobené z identických materiálů, s výjimkou spalovací komory, která není přesně válcového tvaru, ale ve střední části tj. mezi ústím dopravního šneku a utěsněním otevřeného konce, se od tohoto tvaru odlišuje. Spalovací komora může mít např. na vnějším povrchu chladicí žebra nebo jiné výstupky.C) The whole system works identically, all components are of the same shape and made of identical materials, except for the combustion chamber, which is not exactly cylindrical but in the central part ie between the mouth of the conveyor screw and the open end seal. The combustion chamber may have, for example, cooling fins or other protrusions on the outer surface.

D) Celý systém funguje shodně, veškeré komponenty jsou stejných tvarů a vyrobené z identických materiálů. Spalovací komora ale není uložena přesně souose s hlavní osou vnějšího tělesa. Osa spalovací komory se svažuje směrem k otevřenému konci.D) The whole system works the same way, all components are of the same shape and made of identical materials. However, the combustion chamber is not positioned exactly coaxial with the main axis of the outer body. The axis of the combustion chamber slopes towards the open end.

E) Celý systém funguje shodně, veškeré komponenty jsou stejných tvarů a vyrobené z identických materiálů, s výjimkou vnějšího tělesa, které má jiný než popsaný tvar kvádru - může jít např. o válec většího průměru, než je průměr spalovací komory, hranol s jinou než čtvercovou podstavou, základní tvar může být doplněn např. o instalační prvky vhodné k jiným kotlům, apod.E) The whole system works in the same way, all components are of the same shape and made of identical materials, except for the outer body, which has a shape other than described cuboid - it can be a cylinder of larger diameter than the combustion chamber. square base, the basic shape can be complemented eg with installation elements suitable for other boilers, etc.

F) Celý systém funguje shodně, veškeré komponenty jsou stejných tvarů a vyrobené z identických materiálů. Pouze děrování spalovací komory má odlišný tvar a rozmístění otvorů - nemusí jít pouze o kulaté vrtané otvory, ale např. o podélné štěrbiny nebo otvory jiného tvaru vzniklé přímo při odlévání nebo dalším opracování, apod.F) The whole system works the same way, all components are of the same shape and made of identical materials. Only the perforation of the combustion chamber has a different shape and arrangement of the holes - it does not have to be only round drilled holes, but eg longitudinal slots or holes of another shape created directly during casting or further processing, etc.

-6CZ 18603 Ul-6CZ 18603 Ul

Výhody technického řešení:Advantages of the technical solution:

Palivo hoří ve válcové rotační spalovací komoře. Hlavní výhody tohoto druhu spalování jsou:The fuel burns in a cylindrical rotary combustion chamber. The main advantages of this type of combustion are:

- Velmi účinné spalování- Very efficient combustion

- Úplné shoření veškerého paliva- Total combustion of all fuel

- Velmi nízké emise CO₂ při spalování menší než 50 mikrogramů na m³ - Very low CO ₂ emissions in combustion of less than 50 micrograms per m ³

- Plně automatický chod (řízen pokojovým termostatem)- Fully automatic operation (controlled by room thermostat)

- Dobře hoří (plynule bez ucpání) materiály s nízkým bodem tání popela (např. obilná sláma)- Low-melting materials (eg cereal straw) burn well (continuously without clogging)

- Nízká pořizovací cena (68 tis. Kč) hořáku- Low purchase price (68 thousand CZK) of the burner

- V hořáku použity velmi účinné prvky zajišťující bezpečný provoz hořáku ío - Ekonomika hořáku je 0,30 Kč/kWh (několikanásobně levněji než zemní plyn nebo elektřina)- The burner used very efficient elements ensuring safe operation of the burner i - The burner economy is 0.30 CZK / kWh (several times cheaper than natural gas or electricity)

- Vlivem účinnosti spalování pracuje mnohem úsporněji než domácí kotle na pevná paliva.- Due to combustion efficiency, it works much more economically than domestic solid fuel boilers.

Kvalitu spalování lze dobře pozorovat na plamenu vystupujícího z hořáku. Elektronika o dvou nezávislých procesorech umožňuje specifické nastavení pro různá paliva, tak aby docházelo vždy k ekologickému spalování s co nejnižšími emisemi.The combustion quality can be easily observed on the flame exiting the burner. Two independent processors' electronics enable specific settings for different fuels to ensure environmentally friendly combustion with the lowest possible emissions.

Hořák je navržen tak, aby zapalování proběhlo co nejrychleji (zpravidla do dvou minut) a odtavení a automatické vyčištění probíhá bez zbytečných emisí.The burner is designed in such a way that the ignition takes place as quickly as possible (usually within two minutes) and the melting-out and automatic cleaning takes place without unnecessary emissions.

Průmyslová využitelnost technického řešeníIndustrial applicability of technical solution

Technické řešení je možné využít při vytápění rodinných domů a provozoven od 8 do 500 kW. Hořák je nutné používat s kotlem na tuhá paliva, případně jiným výměníkovým tělesem. Spaluje především tuhé palivo biomasu v podobě pelet (energetické rostliny, sláma, technické konopí, odpady z obilí atd.), dřevěné pelety, ale i drcené uhlí, obilí, kukuřici atd.The technical solution can be used for heating family houses and premises from 8 to 500 kW. The burner must be used with a solid fuel boiler or other heat exchanger body. It burns mainly biomass solid fuel in the form of pellets (energy plants, straw, technical hemp, grain waste, etc.), wood pellets, but also crushed coal, grain, corn, etc.

Claims (5)

1. Hořák na spalování, vyznačující se tím, že sestává ze zařízení hlavního spalovacího mechanismu, kterým je otáčivá žáruvzdorná spalovací komora (1) ve tvaru pláště válce, vBurner for combustion, characterized in that it consists of a main combustion mechanism device, which is a rotatable refractory combustion chamber (1) in the form of a cylinder casing, in 25 jehož stěně jsou vytvořeny otvory.25 whose walls are formed by openings. 2. Hořák na spalování podle nároku 1, vyznačující se tím, že mechanismus otáčivé žáruvzdorné spalovací komory (1) ve tvaru pláště válce s děrovanými stěnami je uložen způsobem umožňujícím v průběhu spalování jeho otáčení podle osy válce.Combustion burner according to claim 1, characterized in that the mechanism of the rotary refractory combustion chamber (1) in the form of a cylinder with perforated walls is mounted in a manner allowing its rotation along the cylinder axis during combustion. 3. Hořák na spalování, vyznačující se tím, že sestává z hlavního spalovacího me30 chanismu, kterým je otáčivá žáruvzdorná spalovací komora (1) ve tvaru pláště komolého kužele a nebo tří a vícebokého komolého jehlanu, v jehož stěně jsou vytvořeny otvory.Burner for combustion, characterized in that it consists of a main combustion chanism, which is a rotary refractory combustion chamber (1) in the form of a truncated cone shell or a three-sided and truncated truncated pyramid whose apertures are formed in the wall. 4. Hořák na spalování podle nároku 3, vyznačující se tím, že mechanismus otáčivé žáruvzdorné spalovací komory (1) ve tvaru pláště komolého kužele a nebo tří a vícebokého komolého jehlanu s děrovanými stěnami je uložen způsobem umožňujícím v průběhu spalováníCombustion burner according to claim 3, characterized in that the mechanism of the rotary refractory combustion chamber (1) in the shape of a truncated cone shell or of a three-sided truncated pyramid with perforated walls is mounted in a manner allowing during combustion 35 otáčení podle osy válce.35 rotation along the cylinder axis. 5. Hořák na spalování, vyznačující se tím, že sestává ze spalovacího mechanismu, kterým je otáčivá žáruvzdorná spalovací komora (1) ve tvaru pláště válce nebo komolého kužele a nebo tří a vícebokého komolého jehlanu, v jehož stěně jsou vytvořeny otvory a tento spalovací mechanismus je doplněn mechanismem zařízení na přívod paliva palivovým šnekem (12), elek40 tronickou řídicí jednotkou řídicím počítačem (15), turbo komorou (2), žáruvzdornými ložisky (3), těsnicí přepážkou s žáruvzdornými ložisky (4), zapalovací tryskou (5), ventilátorem (6), čidlem na palivo (7), přívodem paliva (8), motorem (9), převodovkou (10), rotační klapkou (11), flexibilní hadicí pro přívod paliva (16), podávacím šnekem (17), pohonem spalovací komory (13) a palivového šneku (14).Burner for combustion, characterized in that it consists of a combustion mechanism, which is a rotatable refractory combustion chamber (1) in the form of a cylinder or truncated cone and / or three- and multi-sided truncated pyramids in which the apertures are formed and the combustion mechanism is complemented by a fuel auger (12), electronic control unit (15), turbo chamber (2), refractory bearings (3), refractory bearings (4), ignition nozzle (5), electronic control unit (15), fan (6), fuel sensor (7), fuel supply (8), engine (9), gearbox (10), rotary flap (11), flexible fuel supply hose (16), feed screw (17), drive a combustion chamber (13) and a fuel screw (14).