CZ304985B6 - Kotel pro spalování celých balíků biomasy - Google Patents

Abstract

Kotel pro spalování celých balíků biomasy, zejména kotel pro spalování celých balíků biomasy ve formě slámy, obsahující spalovací komoru (1) a nejméně jeden výměník (2), jehož spalovací komora (1) obsahuje spalinový kanál (3) uspořádaný v její horní části, přičemž vstup (24) spalin do spalinového kanálu (3) je uspořádán na té straně spalovací komory (1), která je opačná ke straně, na které je uspořádán nejméně jeden přívod (25) spalovacího vzduchu.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká kotle pro spalování celých balíků biomasy, který obsahuje spalovací komoru a nejméně jeden výměník.

Dosavadní stav techniky

V současné době je známá celá řada zařízení pro spalování biomasy a způsobů spalování biomasy. Mezi tato zařízení patří také kotle umožňující spalování balíků slámy. Tato zařízení je možné rozdělit na ty, které obsahují zařízení pro dávkování slámy z balíku před vložením spalované slámy do spalovacího prostoru, a ty které umožňují umístění celých balíků slámy do spalovacího prostoru.

Mezi výše uvedená zařízení lze zařadit zařízení pro spalování rostlinného původu hmoty popsané v patentovém dokumentu CS 228635. Toto zařízení obsahuje lisovací komoru, která navazuje na zásobník volně loženého paliva. Lisovací komora je opatřena lisovacím šnekem, uloženým na duté hřídeli, přičemž je napojena na vzduchový přívod a zaústěna do spalovací komory, do níž je zaveden i výstup lisovací komory. Nevýhodou toho zařízení je to, že použitý lisovací šnek umožňuje dodávání hmoty, které sestává z malých částic, přičemž neumožňuje například dodávání celých balíků slámy.

Z patentové přihlášky CZ PV 2001-1178 je znám způsob spalování biomasy slisované do velkoobjemových balíků a zařízení k provádění tohoto způsobu. Způsob spočívá v tom, že podélně uložený slisovaný balík se přivádí horizontálním dopravníkem ze zásobníku do sklopného zakladače, sklopeného v horizontální rovině, dále se zakladač překlopí do vertikální roviny a přesouvací rameno zakladače přidržuje spodní čelo balíku, dále se nad překlopný zakladač s balíkem přesune zavážecí komora, dále přesouvací rameno zakladače vysune přidržovaný balík vertikálně nahoru do zavážecí komory, kde vnitřní úchyty vertikálního dopravního zařízení zavážecí komory upnou zasunutý balík, a dále se zavážecí komora s upnutým balíkem přesune nad vertikální spalovací šachtu ohniště a zaveze vertikálním spuštěním upnutý balík dolů do spalovací šachty ohniště, kde balík svým spodním čelem dosedne na provzdušňovací mechanismus. Zařízení k provádění tohoto způsobu sestává ze zavážecí linky a ze spalovacího kotle, vybaveného provzdušňovacím zařízením, a spojeného s výměníkem tepla. Nevýhodou tohoto kotle je jeho složitá, rozměrná a drahá konstrukce.

Zařízení pro spalování celých balíků slámy je dále známo z užitného vzoru CZ 16473. Toto zařízení je vybaveno sacím spalinovým ventilátorem a spalinovým potrubím. Spalovací komora je ohraničena dělicí stěnou a zadní stěnou, a je uvnitř pláště zhotoveného na základní ploše levou stěnou, pravou stěnou a stropem, dále předkomora je ohraničena otevírací přední stěnou a dělicí stěnou, levou stěnou, pravou stěnou a stopem a zadní stěna je provedena v celé výši pláště ke stropu, pod kterým jsou v této zadní stěně provedeny spalinové otvory. Dělicí sténaje ve spodní části zkrácena a v místě zkrácení je opatřena jednou nebo více trubkami připojenými pod dělicí stěnou k pravé a levé stěně s vůlí, dále nad základní plochou je ve spádu od otevírací přední stěny k zadní stěně situován přesuvný pohyblivý rošt, který přesahuje částečně do spalovací komory a mezi horní plochou přesuvného pohyblivého roštu a nejníže uloženou trubkou je vytvořena mezera pro přívod slámy do spalovací komory. Prostor předkomory je ve spodní části uzavřen přesuvným pohyblivým roštem, ale spalovací komora je ve spodní části vymezena přesuvným pohyblivým roštem jen za dělicí stěnou a u zadní stěny je na základní plochu umístěn popelník, a za spalinovým otvorem je proveden spalinový kanál.

- 1 CZ 304985 B6

Z dalšího patentu CZ 303224 je znám způsob spalování balíků biomasy v kotli s regulovaným přívodem spalovacího vzduchu přiváděného prostřednictvím dmychadla nebo odtahového ventilátoru spalin do spalovací komory alespoň jednou tryskou ve směru proměnném ve vertikální rovině spočívá v tom, že spalovací vzduch je po celou dobu hoření balíku přiváděn v podstatě tangenciálně k horní hořící ploše balíku a odvod spalin probíhá ve smyslu přiváděného vzduchu. Kotel k provádění tohoto způsobu má alespoň jednu trysku pro přívod spalovacího vzduchu, která směřuje ze stěny jeho spalovací komory v podstatě v úrovni horní plochy balíku a která je otočná kolem vodorovné osy, přičemž odvod spalin z komory se nachází v místě protilehlém trysce. Nevýhodou tohoto kotle je poměrná konstrukční složitost jeho přívodu primárního vzduchu, přičemž výhody z této konstrukce plynoucí nejsou zásadně přínosné pro zvýšení celkových užitných vlastností celého kotle.

Z užitného vzoru CZ 17061 je známa spalovací komora na biomasu a uhlí doplněná zařízením pro dodávku celých balíků slámy do spalovací komory a šnekovým vynašečem popela a nespalitelných zbytků z komory. Spalovací komora je rozdělena na první spalovací prostor a druhý spalovací prostor, přičemž je tato spalovací komora vymezena dole přesuvným roštem a nahoře stropem, na délku čelní stěnou a zadní stěnou, dále na šířku levou boční stěnou a pravou boční stěnou, které jsou provedeny jako trubkové, vodou chlazené, a strop je za ohybem pokračováním čelní stěny, jeho stropní trubky stoupají šikmo vzhůru k zadní stěně a jsou napojeny na horní komoru zadní stěny, a v čelní stěně je zhotoven plnicí otvor balíků slámy, pod kterým je umístěn ve spádu od čelní stěny k zadní stěně přesuvný rošt a nad tímto je do zadní stěny připojena první komora šikmé stěny, provedené z trubek a keramického materiálu, tyto trubky směřují Šikmo vzhůru, jsou napojeny na druhou komoru a tato je svislými trubkami napojena na stropní trubky, dále na spodní stranu druhé komory a na čelní stěnu jsou napojeny s mezerami nosné trubky a na tyto nosné trubky jsou shora umístěny v celé šířce spalovací komory dva keramické bloky, čímž je vytvořen přestupní otvor mezi prvním spalovacím prostorem pod šikmou stěnou a keramickými bloky a druhým spalovacím prostorem nad keramickými bloky a šikmou stěnou, ve kterém je za svislými trubkami směrem k zadní stěně připojena ke stropu první keramická příčka, směřující svisle dolů k šikmé stěně a tato první keramická příčka zasahuje do druhého spalovacího prostoru a blíže k zadní stěně je od šikmé stěny vertikálním směrem vzhůru provedena druhá keramická příčka tak, že její horní hrana končí těsně pod úrovní spodní hrany první keramické příčky a mezi druhou keramickou příčkou a zadní stěnou je vytvořen spalinový kanál, na který navazuje spalinový otvor v zadní stěně. Nevýhodou této konstrukce je to, že neobsahuje žádné pomocné zařízení pro dávkování jednotlivých balíků slámy.

Z patentu DK 62186 je znám způsob spalování celých balíků slámy řízeným hořením a zařízení k provádění tohoto způsobu. Podle způsobu spalování jsou spalovány celé stlačené slaměné balíky bez předchozího dělení. Slaměný balík odhořívá z jednoho konce takovým způsobem, přičemž hoří pouze jeho část tak, že odhořívání je kontinuální. Toho je dosaženo tím, že do spalovací komory jsou hydraulickým pístem postupně za sebou vtlačovány jednotlivé balíky slámy. Výkon kotle je dán rychlostí, jakou píst vtlačuje balíky slámy do spalovací komory. Konstrukce tohoto kotle je opět poměrně složitá a proto i drahá.

Z výše uvedeného je zřejmá celá řada nevýhod současného stavu techniky, přičemž jako nejvýraznější se jeví to, že známé konstrukce kotlů jsou poměrně konstrukčně složité, přičemž tato konstrukční složitost nepřináší zásadní přínos pro zvýšení užitných vlastností celého kotle. Další nevýhodou většiny známých konstrukcí kotlů je jejich rozměmost.

Cílem vynálezu je jednoduchá a levná konstrukce kotle, který umožní efektivní spalování při dodržení emisních limitů celých balíků slámy obilnin a travin, přičemž dávkování těchto spalovaných hmot bude jednorázové naplnění spalovací komory.

-2CZ 304985 B6

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje a cíle vynálezu naplňuje kotel pro spalování celých balíků biomasy, zejména kotel pro spalování celých balíků biomasy ve formě slámy, obsahující spalovací komoru a nejméně jeden výměník, podle vynálezu jehož podstata spočívá v tom, že spalovací komora obsahuje spalinový kanál uspořádaný v její v horní části, přičemž vstup spalin do spalinového kanálu je uspořádán té straně spalovací komory, která je opačná ke straně, na které je uspořádán nejméně jeden přívod spalovacího vzduchu. Toto provedení prodlužuje cestu spalin tak, že jejich zbytek dohoří nejpozději ve spalinovém kanálu, což zvyšuje účinnost celého kotle a výrazně snižuje množství vypouštěných škodlivých látek.

V nejvýhodnějším provedení je spalinový kanál vymezen žáruvzdornou klenbou a stropem spalovací komory, přičemž žáruvzdorná klenba je plechová, což minimalizuje její rozměry. Toto uspořádání je konstrukčně jednoduché, přičemž je výhodné s ohledem na prodloužení dráhy spalin a dokonalejší dohoření spalin před vstupem do výměníku a následné zvýšení účinnosti kotle.

Je výhodné, když je přívod spalovacího vzduchu spojen se zdrojem spalovacího vzduchu, který je výhodném provedení se spalovací komorou spojen potrubím, které je opatřeno rozdělovníkem, na který navazuje potrubí primárního vzduchu a potrubí sekundárního vzduchu. Rozdělovník rozděluje proud spalovacího vzduchu před jeho vstupem do spalovací komory na proud primárního vzduchu a proud sekundárního vzduchu.

Potrubí primárního vzduchuje s výhodou spojeno s nejméně jednou tryskou primárního vzduchu, která je uspořádána v pevné horizontální rovině ve spodní úrovni zadní části spalovací komory, a potrubí sekundárního vzduchuje spojeno s nejméně jednou tryskou sekundárního vzduchu, která je uspořádána v pevné horizontální rovině pod žáruvzdornou klenbou v horní úrovni zadní části spalovací komory. Spalovací vzduch proudí podle množství O₂ ve spalinách buď do trysek primárního, nebo sekundárního vzduchu. V nejvhodnějším provedení obsahuje potrubí primárního vzduchu regulační klapku primárního vzduchu a potrubí sekundárního vzduchu regulační klapku sekundárního vzduchu. Řízením regulačních dvoucestných uzavíracích klapek je zajištěno efektivní spalování s nízkými plynnými emisemi ve spalinách.

Spalovací komora je opatřena vraty, která jsou uspořádána v celém jejím průřezu. Vrata jsou většinou uspořádána v přední části spalovací komory. To umožňuje jednak minimalizovat celkové rozměry kotle a současně maximalizovat velikost vloženého paliva, kterým je většinou balík slámy, který je s výhodou vložen jednorázově. To je výhodné, protože není potřeba nákladné a rozměrné dělicí zařízení balíku slámy nebo složité dávkovači zařízení, jak jsou známa ze stavu techniky. Výhodou tohoto kotle je dále to, že má jednoduchou a levnou konstrukci, která umožňuje velice snadné ovládání. Vrata, která jsou uspořádaná v celém jejím průřezu, a která se otvírají do strany, umožňují snadné přiložení celého válcového balíku slámy do kotle.

Spalovací komora má s výhodou válcový tvar a je celá chlazená, nej výhodněji vodou. Toto uspořádání je nejvýhodnější s ohledem na snížení výrobních nákladů a dále s ohledem na dobré spalování stébelnatin, kde je potřeba nižší teplota spalování než např. u dřevní hmoty. Pro zjednodušení konstrukce a zlevnění celého kotle je výhodné, pokud jsou vrata do spalovací komory kruhová a nechlazená. Dále je výhodné, pokud je nejméně část spalovací komory je opatřena žáruvzdornou izolací, která zaručuje udržení optimální teploty ve spalovací komoře.

Kotel je dále s výhodou opatřen spalinovým ventilátorem, který zajišťuje řízený tah spalin po celou dobu spalování.

Kotel podle vynálezu má výhodný poměr mezi svými celkovými rozměry kotle a velikostí vloženého paliva, kterým je většinou balík slámy nebo sena, který má válcový tvar. Kotel pro svoji činnost nepotřebuje další speciální zařízení, jako jsou například zařízení pro přípravu a dělení

-3CZ 304985 B6 biomasy slisované do velkých balíků. Celková konstrukce kotle je jednoduchá a levná, přičemž má minimální požadavky na velikost prostoru, ve kterém je instalován.

Objasnění obrázků na výkresech

Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresu, na kterém obr. 1 znázorňuje kotel pro spalování biomasy v bočním pohledu s částečným řezem, obr. 2 znázorňuje kotel pro spalování biomasy v čelním pohledu, obr. 3 znázorňuje kotel pro spalování biomasy v bočním pohledu s výměníkem umístěným nad spalovací komorou a obr. 4 znázorňuje kotel pro spalování biomasy v bočním pohledu s výměníkem umístěným vedle spalovací komory.

Příklad uskutečnění vynálezu

Kotel pro spalování celých balíků 20 biomasy (obr. 1, obr. 2), kterou je sláma, obsahuje spalovací komoru 1 a výměník 2.

Přední část 17 spalovací komory je opatřena vraty 15, která jsou uspořádána v celém jejím průřezu.

V horní části spalovací komory i je uspořádán spalinový kanál 3, který je vymezen plechovou žáruvzdornou klenbou 6 a stropem 19 spalovací komory I.

Vstup 24 spalin do spalinového kanálu 3 je uspořádán na té straně spalovací komory I, která je opačná ke straně, na které jsou uspořádány přívody 25 spalovacího vzduchu do spalovací komory i.

Přívody 25 spalovacího vzduchu, kterými jsou trysky 14 primárního vzduchu a trysky 23 sekundárního vzduchu, jsou potrubím 26 spojeny se zdrojem 13 spalovacího vzduchu. Spalovací vzduch je před vstupem do spalovací komory 1 rozdělen na proud primárního vzduchu a proud sekundárního vzduchu, přičemž potrubí 26 je proto opatřeno rozdělovníkem 27, na který navazuje potrubí 28 primárního vzduchu a potrubí 29 sekundárního vzduchu. Zdrojem 13 spalovacího vzduchuje ventilátor.

Potrubí 28 primárního vzduchuje spojeno s tryskami 14 primárního vzduchu, které jsou uspořádány v pevné horizontální rovině ve spodní úrovni zadní části 18 spalovací komory I. Potrubí 28 primárního vzduchu obsahuje regulační klapku 21 primárního vzduchu s pohonem.

Potrubí 29 sekundárního vzduchu je spojeno s tryskami 23 sekundárního vzduchu, které jsou uspořádány v pevné horizontální rovině pod žáruvzdornou klenbou 6 v horní úrovni zadní části 18 spalovací komory I. Potrubí 29 sekundárního vzduchu obsahuje regulační klapku 22 sekundárního vzduchu s pohonem.

Výměník 2 je žárutrubný a horizontální. Výměník 2 (obr. 3) umístěný nad horní částí spalovací komory i, obsahuje dva tahové průchody 8, 10, přičemž je se spalovací komorou I spojen obratovou komorou 7, která navazuje na spalinový kanál 3. Výměník 2 je opatřen spalinovým ventilátorem 12.

Výměník 2 může být variantně (obr. 4) umístěný vedle spalovací komory i.

Spalovací komora I má válcový tvar, přičemž je opatřena kruhovými nechlazenými vraty 15. Spalovací komora i je celá chlazená vodou.

_ Λ _

Stěna zadní části 18 spalovací komory I je obložena žáruvzdornou izolací 5 či žáruvzdornou vyzdívkou. Strop 19 spalovací komory 1 je obložen žáruvzdornou izolací 4 ěi žáruvzdornou vyzdívkou.

Ve střední úrovni v zadní části J_8 jsou uspořádána zapalovací dvířka j_6.

Kotel je dále vybaven neznázoměným řídícím termostatem, který v případně dosažení nastavené hodnoty teploty vody tlumí výkon kotle. Proti přetopení a překročení maximálního tlaku je kotel dále vybaven neznázoměným omezovačem teploty a neznázoměným pojistným ventilem.

Kotel pro spalování celých balíků 20 biomasy pracuje tak, že nejprve je do něho zavezen celý balík 20 slámy, kteiý je s výhodou uspořádán ve válcové formě. Následně dojde zavřením vrat 15, k uzavření spalovací komory L Současně dojde ke spuštění zdroje 13 spalovacího vzduchu a otevřenými zapalovacími dvířky 16 k zapálení balíku 20 slámy.

Spaliny ze spalovací komory I vystupují spalinovým kanálem 3, přes první obratovou komoru 7, do prvního tahového průchodu 8 výměníku 2, a následně, přes druhou obratovou komoru 9, do druhého tahového průchodu JO výměníku 2, z něhož jsou přes výstup J_J_ spalin odtahovány spalinovým ventilátorem 12 do neznázoměného komínového tělesa. Zdroj 13 spalovacího vzduchu mění během spalování své otáčky v závislosti na množství O₂ ve spalinách. Spalinový ventilátor 12 na výstupu 11 spalin z kotle udržuje vlivem měnících se otáček konstantní podtlak ve spalovací komoře L

V okamžiku, kdy balík 20 slámy dohořívá, jsou otevřena vrata 15, do spalovací komory 1 je přemístěn další balík 20 slámy, který je obvykle zapálen dohořívajícím balíkem 20 slámy. Následně dojde k opakování celého procesu spalování.

Popel z topeniště je v případě potřeby vybírán otevřenými vraty J_5 ručně pomocí popelové škrabky do přistaveného neznázoměného zásobníku.

Průmyslová využitelnost

Kotle podle vynálezu lze využít pro spalování biomasy, zejména pro spalování biomasy uspořádané do podoby balíků, zejména velkých válcových balíků slámy či sena.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (29)

1. Kotel pro spalování celých balíků biomasy, zejména kotel pro spalování celých balíků biomasy ve formě slámy, obsahující spalovací komoru (1) a nejméně jeden výměník (2), vyznačující se tím, že spalovací komora (1) obsahuje spalinový kanál (3) uspořádaný v jej i horní části, přičemž vstup (24) spalin do spalinového kanálu (3) je uspřádán na té straně spalovací komory (1), která je opačná ke straně, na které je uspořádán nejméně jeden přívod (25) spalovacího vzduchu.

2. Kotel podle nároku 1, vyznačující se tím, že spalinový kanál (3) je vymezen žáruvzdornou klenbou (6) a stropem (19) spalovací komory (1).

3. Kotel podle nároku 2, vyznačující se tím, že žáruvzdorná klenba (6) je plechová.

-5CZ 304985 B6

4. Kotel podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že přívod (25) spalovacího vzduchuje spojen se zdrojem (13) spalovacího vzduchu.

5. Kotel podle nároku 4, vyznačující se tím, že zdroj (13) spalovacího vzduchu je se spalovací komorou (1) spojen potrubím (26).

6. Kotel podle nároku 5, vyznačující se tím, že potrubí (26) je opatřeno rozdělovníkem (27), na který navazuje potrubí (28) primárního vzduchu a potrubí (29) sekundárního vzduchu.

7. Kotel podle nároku 6, vyznačující se tím, že potrubí (28) primárního vzduchu je spojeno s nejméně jednou tryskou (14) primárního vzduchu, která je uspořádána v pevné horizontální rovině ve spodní úrovni zadní části (18) spalovací komory (1).

8. Kotel podle některého z nároků 6a 7, vyznačující se tím, že potrubí (29) sekundárního vzduchuje spojeno s nejméně jednou tryskou (23) sekundárního vzduchu, která je uspořádána v pevné horizontální rovině pod žáruvzdornou klenbou (6) v horní úrovni zadní části (18) spalovací komoiy (1).

9. Kotel podle některého z nároků 6až8, vyznačující se tím, že potrubí (28) primárního vzduchu obsahuje regulační klapku (21) primárního vzduchu a potrubí (29) sekundárního vzduchu obsahuje regulační klapku (22) sekundárního vzduchu.

10. Kotel podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že výměník (2) je opatřen spalinovým ventilátorem (12).

11. Kotel podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že spalovací komora (1) má válcový tvar, přičemž je opatřena kruhovými vraty (15), která jsou uspořádána v celém jejím průřezu.

12. Kotel podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že spalovací komora (1) je celá chlazená.

2 výkresy

Seznam vztahových značek:

1 spalovací komora

2 výměník

3 spalinový kanál

4 žáruvzdorná izolace I

5 žáruvzdorná izolace II

6 žáruvzdorná klenba

7 obratová komora I

8 tahový průchod I

9 obratová komora II

10 tahový průchod II

11 výstup spalin

12 spalinový ventilátor

13 zdroj spalovacího vzduchu

14 tryska primárního vzduchu

15 vrata

16 zapalovací dvířka

17 přední část

18 zadní část

19 strop

20 balík

21 regulační klapka primárního vzduchu

22 regulační klapka sekundárního vzduchu

23 tryska sekundárního vzduchu

24 vstup spalin

25 přívod spalovacího vzduchu

26 potrubí

27 rozdělovník

28 potrubí primárního vzduchu

29 potrubí sekundárního vzduchu.