FI91190B - Yläpalokattila ja menetelmä palamisolosuhteiden parantamiseksi kattilassa - Google Patents

Description

91190

YLÄPALOKATTILA JA MENETELMÄ PALAMISOLOSUHTEIDEN PARANTAMISEKSI KATTILASSA

PANNA MED TOPPFÖRBRÄNNNING OCH FÖRFARANDE FÖR FÖRBÄTTRING AV FÖRBRÄNNINGSFÖRHÄLLANDENA I PANNAN

Keksinnön kohteena on menetelmä palamisolosuhteiden parantamiseksi yläpalokattilassa, jonka tulipesän yläosaan muodostetaan kutuna palamisalue, jossa palamis-kaasuihin sekoitetaan lisäilmaa ja jossa palamiskaasut 5 saatetaan kosketukseen kuumuutta ylläpitävän ja kestävän elimen kanssa.

Keksinnön kohteena on myös yläpalokattila, johon kuuluu tulipesä, sitä ympäröivä vesivaippa, täyttöluukku, li-10 säilman syöttöelimet, kuuman palamisalueen muodostamiseksi tulipesän yläosaan, ja kuumuutta ylläpitävä ja kestävä elin. Palamiskaasut pyritään ohjaamaan niin, että saadaan mahdollisimman hyvä palamistulos ja pystytään hyödyntämään kattilan lämmönsiirtokykyä.

15

Yläpalokattilassa puut syötetään kattilan arinalle tuli-pesän yläosassa sijaitsevan täyttöluukun kautta. Palaminen tapahtuu päältä päin. Palamisilma johdetaan kattilaan tulipesän alaosassa sijaitsevan vetoläpän kautta. Veto-20 läppä on tavallisesti sijoitettu kattilan alaosassa sijaitsevaan tulenhoitoluukkuun, jonka kautta on mahdollista kohentaa kekäleitä, puhdistaa arina ja poistaa tuhka. Tuli palaa vuoraamattomassa tulipesässä, jota ympäröi vesivaippa ja eristekerros. Yläpalokattilan 25 yläosassa on usein ns. konvektio-osa, jonne palamiskaasut johdetaan ennen niiden joutumista savuhormiin. Tällä rakenteella saadaan kattilan hyötysuhdetta parannettua jonkin verran.

30 Tunnetuissa yläpalokattiloissa vesivaipalla ympäröidyn 2 tulipesän lämpötila on kuitenkin liian pieni tehokkaalle palamistapahtumalle. Lisäksi palamistapahtuma on hallitsematonta, koska happea ei saada syötetyksi hallitusti tulipesään oikeaan kohtaan. Näistä epäkohdista johtuen 5 suuri osa palamiskaasuista jääkin palamatta. Kun palamattomia savukaasuja syntyy paljon, niin kattila savuttaa huomattavasti. Koska nykyisin kiinnitetään yhä enemmän huomiota ympäristöhaittoihin, niin ei voida sallia savu-hormista ulos tuleva mustaa ja nokeavaa savua.

10

Yläpalokattilan palamistapahtumaa on yritetty tehostaa siten, että kattilan tulipesään sijoitetaan tiilestä muodostettu uloke. Sen avulla on yritetty ohjata savukaasuja. Lisäilman saamiseksi tulipesään on myös tehty niin, 15 että puiden täyttöluukku on varustettu lisäilman vetolä-pällä.

Näillä ratkaisuilla ei kuitenkaan ole saatu toivottua vaikutusta, koska tiilestä muodostettu uloke joudutaan 20 tekemään paksuksi, jolloin se lämpenee hitaasti. Tii- liuloke on myös pahasti tiellä puita lisättäessä. Kaasujen virtausten tehostajana tiiliuloke on kuitenkin liian pieni, sillä lisäilma ja palamaton kaasu sekoittuvat vasta hiukan ennen kattilan jälkipoltto-osaa.

25 Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä, jolla ei ole edellä esitettyjä epäkohtia.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle palamisolosuhteiden 30 parantamiseksi yläpalokattilassa on tunnusomaista se, että palamiskaasuja ohjataan tulipesän yläosassa vaakasuoralla, kuumuutta sekä ylläpitävällä että kuumuutta li 3 91190 kestävällä, ja tulipesän yläosaan muodostettuun kuumaan palamisalueseen rajoittuvalla lisälevyllä virtaamaan tämän kuuman palamisalueen läpi.

5 Keksinnön mukainen yläpalokattila on vastaavasti tunnettu siitä, että kuumuutta ylläpitävä ja kestävä elin on tulenkestävästä materiaalista, kuten tulenkestävästä metallista tai keraamista, valmistettu vaakasuora lisälevy, joka on sovitettu tulipesän yläosaan välimatkan päähän 10 tulipesän katto-osasta siten, että se ohjaa palamiskaasut kulkemaan tulipesän alaosasta kuuman palamisalueen ja tulipesän katto-osan ja lisälevyn välisen raon kautta konvektio-osaan.

15 Keksinnön mukaisessa ratkaisussa yläpalokattilan palamiskaasut ja ilma ohjataan tarkoituksenmukaisesti niin, että saadaan mahdollisimman hyvä palamistulos. Kun pala-miskaasujen lämpötila nousee, niin pystytään hyödyntämään entistä tehokkaammin ja edullisemmin lämmön siirtyminen 20 tulipesää ympäröivään vesitilaan.

Keksinnön muut tunnusmerkit on esitetty jäljempänä seu-raavissa patenttivaatimuksissa. Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkkien avulla viitaten oheisiin piirus-25 tuksiin, joissa

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaista yläpalokattilaa sivulta päin nähtynä ja leikattuna.

Kuvio 2 esittää perspektiivikuvana kuvion 1 kattilan 30 tulipesään sijoitettavaa lisälevyä.

Kuvio 3 vastaa kuviota 1 ja esittää kattilan täyttövai-hetta.

Kuvio 4 esittää kuviosta 1 pitkin viivaa IV-IV otettua 4 leikkausta.

Kuvio 5 vastaa kuviota 1 ja esittää yläpalokattilan toista sovellutusmuotoa.

Kuvio 6 vastaa kuviota 1 ja esittää yläpalokattilan koi-5 matta sovellutusmuotoa.

Kuvio 7 vastaa kuviota 4 ja esittää yläpalokattilan nel-j ättä sove1lutusmuotoa.

Kuviossa 1 on esitetty sivulta päin nähtynä ja leikattuna 10 keksinnön mukainen yläpalokattila 20, joka on tarkoitettu puun tai muun kiinteän polttoaineen polttoon. Tulipesä 27 on vuoraamaton ja sitä ympäröi vesitila 23. Kattila 20 on lämpöeristetty eristekerroksella 24. Tulipesän 27 yläosassa on puiden täyttöluukku 21 ja sen alaosassa arinan 15 40 läheisyydessä on tulenhoitoluukku 22 kekäleiden kohen tamista, arinan puhdistamista ja tuhkan poistoa varten. Tulenhoitoluukku 22 on varustettu vetoläpällä 25 palasiisi lman ohjaamiseksi tulipesään 27. Tulipesässä 27 palavat puut saavat palamisilman tulenhoitoluukun 22 20 vetoläpän 25 kautta. Myös täyttöluukku 21 on varustettu lisäilman vetoläpällä 26. Yläpalokattilan 20 yläosassa on ns. konvektio-osa 51, jonne palamiskaasut johdetaan solan 53 kautta.

25 Keksinnön mukaan tulipesän 27 yläosaan on lisätty liikuteltava lisälevy 30 palamiskaasujen ohjaamiseksi. Lisälevy 30 on valmistettu tulenkestävästä teräksestä. Se on lähes tulipesän 27 levyinen ja lepää tulipesän 27 sivuilla olevien kannakkeiden 31 varassa. Lisälevyn 30 30 etäisyys katosta on edullisimmin noin 3-15 cm. Polttoti-lanteessa lisälevy 30 on työnnettynä tulipesän 27 pe-räseinään kiinni, jolloin lisälevyn 30 eteen jää suhteellisen pieni rako 28.

Il 5 91190

Lisälevyn 30 sijoittelusta seuraa se, että täyttöluukun 21 vetoläpän 26 kautta saadaan palamisen tarvitsema lisäilma kohdistetuksi tarkasti lisälevyn 30 tulipesään 27 jättämään rakoon 28. Tällöin palamiskaasut palavat 5 tehokkaasti tässä raossa 28 lisälevyn 30 etureunan ja täyttöluukun 21 vetoläpän 26 lähistössä. Ratkaisulla aikaansaadaan tulipesään korkea kuumuus ja siten hyvä hyötysuhde. Lämpötila saattaa nousta jopa 600-800 °C asteeseen. Tämän jälkeen savukaasut johdetaan puhdistus-10 luukulla 50 varustettuun konvektio- eli jälkipoltto-osaan 51 ja siitä edelleen savuhormiin. Jälkipoltto-osassa 51 savukaasut lämmittävät sitä ympäröivää vesitilaa 23, jolloin kaikki palamisesta syntyvä lämpöenergia saadaan hyödynnettyä.

15

Tulipesään 27 on sijoitettu myös muita levyjä. Viistoon asentoon arinan 40 pintaa vasten on sijoitettu kannakkei-den 42 varaan reuna- eli poskilevyt 41, jotka muodostavat arinan yhteyteen suppilomaisen palamistilan. Tässä ka-20 peammassa tilassa puiden palaminen on tehokkaampaa palo-tapahtuman loppupuolella, jolloin puita on arinalla enää vähän. Palamisen tehostuminen johtuu osaksi siitä, että ilma ei tällöin pääsee oikaisemaan sivuilta, jossa puut ovat ehkä tällöin jo palaneet. Reunalevyjen 41 avulla 25 saadaan hiillokselle myös korkeampi lämpötila, koska levyt eristävät suoran kosketuksen vesivaippaan. Reunalevyt 41 on valmistettu tulenkestävistä metallilevyistä tai mahdollisesti myös tiilistä.

30 Kuviossa 2 on esitetty keksinnön mukaisen yläpalokattilan liikuteltava 20 lisälevy 30. Se on lähes tulipesän 27 levyinen ja valmistettu tulenkestävää metallista. Lisäil-man sopivan turbulenssin aikaansaamiseksi on lisälevyn 30 6 etureuna 32 särmätty. Särmäys on kuvion 2 sovellutusmuo-dossa tehty viistosti alaspäin, mutta tarvittaessa se voidaan suunnata mihin suuntaan tahansa. Lisälevyn 30 takareuna 33 on kuviossa 2 myös särmätty alaspäin jäykis-5 teeksi. Lisälevyyn 30 voidaan lisäksi tehdä vielä muitakin taitteita levyn jäykistämiseksi.

Lisälevyn 30 etureunaan 32 on porattu reikiä 34, joiden tarkoituksena on edistää palamiskaasujen ja vetoläpän 26 10 kautta virtaavan lisäilman seoksen palamista. Näin lisä-levy 30 kuumenee huomattavan kuumaksi muodostaen edullisen palamisympäristön palamiskaasuille.

Kuviossa 3 on esitetty keksinnön mukaisen yläpalokattilan 15 20 täyttövaihe. Kuviosta nähdään, että tulipesän 27 ylä osassa oleva puiden tai muun poltettavan kiinteän materiaalin täyttöluukku 21 on avattuna. Samalla tulipesän 27 yläosassa oleva lisälevy 30 on vedetty kannakkeiden 31 varassa täyttöluukkua kohti. Tällöin tulipesän 27 taka-20 osaan muodostuu rako 29, josta kuumat savukaasut pääsevät täytön aikana suoraan konvektio-osaan 51, eivätkä näin häiritse puiden lisääjää.

Tulipesän 27 voi täyttää puilla aivan lisälevyn 30 tasal-25 le asti. Koska lisälevy 30 on omalla painollaan kannakkeiden 31 varassa voidaan lisälevyä 30 nostaa myös ylöspäin täytön helpottamiseksi.

Kuvion 4 leikkauskuviossa on esitetty keksinnön mukainen 30 yläpalokattila 20 edestä päin nähtynä. Kuviosta nähdään arinan 40 yhteydessä olevien reunalevyjen 41 sijoitus ja asento. Reunalevyjen 41 avulla on arinan 40 yhteyteen muodostettu suppilomainen palotila ja arinan 40 pinta on

II

7 91190 sanalla pienentynyt niin, että palaminen on tarkkaan kohdistettua myös palamisen loppuvaiheessa.

Loppuhiillos ohjautuu reuna- tai poskilevyjen 41 muodos-5 tamaan kapeaan suppilomaiseen tilaan. Näin estetään hiilloksen hajautuminen liian suurelle alalle ja se, ettei ilmaa palamistapahtuman loppuvaiheessa pääse arinalla olevan hiilloksen ohi. Jos näin tapahtuu, niin se alentaa hyötysuhdetta ja vaikeuttaa loppupalamista.

10

Reunalevyt 41 on valmistettu tulenkestävästä metallista ja/tai tiiliistä. Koska reunalevyt 41 eristävät hiilloksen myös suhteellisen kylmistä, vesivaipan muodostavista tulipesän seinistä, niin ne myös nostavat hiilloksen 15 lämpötilaa. Se on luonnollisesti edullista palamistapah-tumalle.

Reunalevyt 41 on tuettu kannakkeiden 42 avulla tulipesän 27 sivuseiniin. Tällöin reunalevyjen 41 ja tulipesän 27 20 seinämien väliin jää raot 46, joista vetoläpän 25 kautta johdettu ilma pääsee kohoamaan ylöspäin. Palaminen tehostuu myös tästä syystä, koska lisäilmaa menee lisälevyn 30 lähelle, jossa sitä tarvitaan palokaasujen polttamiseksi.

25

Kuviossa 5 on esitetty keksinnön mukaisen yläpalokattilan 20 toinen sovellutusmuoto, jossa lisäilma lisälevyn 30 ja tulipesän 27 väliseen rakoon 28 johdetaan kattilan tuli-pesän 27 etuosassa olevan ilmakanavan 44 kautta. Ilma 30 tulee tulipesään 27 tulenhoitoluukun 22 vetoläpän 25 kautta. Ilmakanava 44 on muodostettu arinan 40 yläpuolelle tulipesän 27 etuosaan siten, että tulipesään on sijoitettu pystysuuntainen kouru. Tällöin täyttöluukussa 21 ei 8 välttämättä tarvita vetoläppää.

Kuviossa 6 on esitetty yläpalokattilan kolmas sovellutus-muoto, jossa ilma johdetaan tulipesään 27 sellaista ilma-5 kanavaa 44 pitkin, joka on sijoitettu kattilan etuosaan vesitilan 23 ja eristekerroksen 24 väliin. Muissa suhteissa ratkaisu vastaa kuviossa 5 esitettyä sovellutus-muotoa .

10 Kuviossa 7 on esitetty yläpalokattila, jossa on kalteva reunalevy 41 vain arinan 40 toisella laidalla. Arinan 40 vastakkaisella laidalla reunalevy 45 on pystysuuntainen muodostaen yhdessä tulipesän 27 seinämän kanssa ilma-kanavan 47, jonka kautta lisäilmaa johdetaan tulipesän 27 15 yläosaan. Samalla pystysuuntainen reunalevy 45 eristää tulipesän suhteellisen kylmästä vesivaipasta, jolloin palamistapahtuman lämpötila nousee ja palamisen hyötysuhde paranee.

20 Kuvion 7 sovellutusmuodossa on myös konvektio- eli jälki-poltto-osa 51 toisenlainen kuin edellisissä kuvioissa. Tässä palamiskaasut puhdistusluukulla 50 varustettu jälkipoltto-osa 51 on muodostettu siten, että se on pääasillisesti päistä avoimen U-palkin muotoinen. Tällai-25 nen rakenne on helposti irroitettavissa, jolloin myös konvektio-osa on helposti puhdistettavissa.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön erilaiset sovellutusmuodot voivat vaihdella jäljempänä esitettävien 30 patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (9)

91190

1. Menetelmä palamisolosuhteiden parantamiseksi yläpalo-kattilassa, jonka tulipesän yläosaan muodostetaan kuuma palamisalue (28), jossa palamiskaasuihin sekoitetaan lisäilmaa ja jossa palamiskaasut saatetaan kosketukseen 5 kuumuutta ylläpitävän ja kestävän elimen (30) kanssa, tunnettu siitä, että palamiskaasuja ohjataan tulipesän yläosassa vaakasuoralla, kuumuutta sekä ylläpitävällä että kuumuutta kestävällä, ja tulipesän yläosaan muodostettuun kuumaan 10 palamisalueseen (28) rajoittuvalla lisälevyllä (30) virtaamaan tämän kuuman palamisalueen (28) läpi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sekä lisäilma että palamiskaasut johdetaan tulipesän (27) yläosaan polttoaineen 15 täyttöluukun (21) läheisyyteen siten, että palamis-kaasujen palaminen ainakin osittain tapahtuu kaasujen virratessa kuumuutta kestävän lisälevyn (30) ja täyttö-luukun välissä, ja että palamiskaasut johdetaan kuumasta palamisalueesta tulipesän katon ja lisälevyn välisen raon 20 kautta konvektio-osaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lisäilma johdetaan tulipesän yläosaan tulipesän (27) yläosassa sijaitsevan täyttöluukun (21) vetoläpän (26) kautta. 1

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tulipesään (27) johdetaan lisäilmaa tulipesän alaosassa sijaitsevan tulenhoito- luukun (22) vetoläpän (25) kautta ja edelleen kuumaan palamisalueeseen (28) tulipesän alaosan sivuun muodostetun ilmakanavan (46, 47) kautta.

5. Yläpalokattila, johon kuuluu tulipesä (27), sitä ympä-5 röivä vesivaippa (23) , täyttöluukku (21), lisäilman syöttöelimet (26,44,47), kuuman palamisalueen (28) muodostamiseksi tulipesän (27) yläosaan, ja kuumuutta ylläpitävä ja kestävä elin (30), tunnettu siitä, että 10. kuumuutta ylläpitävä ja kestävä elin (30) on tulen kestävästä materiaalista, kuten tulenkestävästä metallista tai keraamista, valmistettu vaakasuora lisälevy (30) , joka on sovitettu tulipesän yläosaan välimatkan päähän tulipesän katto-osasta siten, että se ohjaa pala-15 miskaasut kulkemaan tulipesän alaosasta kuuman palamisalueen ja tulipesän katto-osan ja lisälevyn välisen raon kautta konvektio-osaan.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen yläpalokattila, tunnettu siitä, että kuuma palamisalue sijaitsee 20 lisälevyn (30) reunan ja polttoaineen täyttöluukun (21) vetoläpän (26) välissä.

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen yläpalokattila, tunnettu siitä, että lisälevy (30) on siirrettävissä vaakasuunnassa palamiskaasujen johtamiseksi sen 25 etu- tai takapuolelta.

8. Patenttivaatimuksen 5, 6 tai 7 mukainen yläpalokattila, tunnettu siitä, että lisäilman johtamiseksi tulenhoitoluukun (22) vetoläpän (25) kautta lisälevyn (30) reunan läheisyyteen on tulipesän (27) alaosaan on II 91190 muodostettu ilmakanava (44, 46, 47), joka on sijoitettu tulipesän seinämän sisään tai sen pinnalle.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen yläpalokattila, tunnettu siitä, että tulipesän (27) alaosaan on 5 välimatkan päähän tulipesän vesivaippaseinämästä sijoitettu pystysuuntainen tai kalteva, tulenkestävistä metallilevyistä valmistettu reunalevy (41), joka eristää palotilan suoralta kosketukselta vesivaippaan, ja joka muodostaa ilmakanavan (46, 47) , jonka kautta lisäilma on 10 johdettavissa lisälevyn (30) reunan läheisyyteen.