SE457474B - Saett och eldningsapparat foer foerbraenning av fast braensle - Google Patents

Description

457 474 10 15 20 25 30 35 I syfte att lösa dessa och andra problem utvecklades en eldnings- apparat som beskrivs i den offentliggjorda svenska patentansökningen 8305710-9. Flera av de nämnda svårigheterna kunde lösas med denna apparat men någon slutlig lösning på problemet att med både god verk- ningsgrad och problemfritt kunna arbeta med olika typer av bränsle utgjorde denna apparat ej. Då man arbetade med "rätt" bränsle kunde man med hjälp av stokern enligt planerna skjuta aska och slagg framåt mot en askficka framför eldstaden genom att bränslet pressade mot glödbädden, som i sin tur pressade mot slaggen och askan så att denna föll ned i askfickan, men då man arbetade med "sämre" bränsle, såsom pellets innehållande en hög barkandel, bildades stora mängder flygaska som inte lät sig utmatas på önskat sätt. I stället ackumulerades efter hand stora mängder aska och slagg i eldstaden och lade sig som en isolering runt denna. Detta resulterade i sin tur i höga temperaturer i förbränníngsrummet och så småningom även skador på brännaren. Till slut kunde en klump av slagg och aska hamna i askfickan och stoppa eller förstöra den askutmatningsskruv som var anordnad för att mata ut askan och slaggen från askfickan.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med uppfinningen är att lösa ovan angivna problem, inklusive de problem som man kunnat konstatera efter en tids användning av de apparater som beskrivs i den nämnda svenska patentansökningen 8305710-9. Mer bestämt har man som målsättning haft att utveckla en fastbränslebrännare som både funktionsmässigt. säkerhetsmässigt och arbetskraftsmässigt kan mäta sig med oljebrännare. Detta innebär bland annat att apparaten och dess skötsel måste vara så enkel att den kan användas även i mindre och medelstora anläggningar, vilka ej kan bära kostnaderna för tekniskt mycket avancerade lösningar. Storleksmässigt syftar uppfinningen till att erbjuda en brännare för effekter mellan 50 kw och 1,5 MW.

Dessa och andra syften kan uppnås därigenom att uppfinningen känne- tecknas av vad som anges i de efterföljande patentkraven. Ytterligare kännetecken och aspekter på uppfinningen framgår av den följande beskrivningen av en föredragen utföringsform. 10 15 20 25 30 35 457 474 KORT FIGUHBESKRIVNING I följande beskrivning av en föredragen utföringsform kommer att hänvisas Fig. 1 Fig. 2-4 Pig. 2 Fíg. 3 Fig. 4 Fig. 5 Fig. 6 Fíg. 7 Fig. 8 till bifogade ritningsfigurer, av vilka utgör en sidovy som schematískt illustrerar grunddragen hos den föredragna utföringsformen av eldníngsapparaten och dess arbetssätt, mer i detalj visar de inre delarna, vilka sträcker sig in i värmepannan, varvid utgör en sidovy, utgör en vy III-III i Fig. 2 och utgör en vy IV-IV i Fíg. 2, varvid i Fig. 3 och Fig. 4 även visas vissa element av de yttre delarna, mer i del, detalj visar ett matarverk i eldningsapparatens yttre i en vy uppifrån visar ett batteri med spjut för slagg- utmatning och för-uppluckring av glöd- och askbäddarna. w från sidan visar ett pannflänsaggregat, och utgör en vy VIII-VIII i Fig. 7 BESKRIVNING Av FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM Med hänvisning först till Fig. 1 betecknas den stokermatade eldnings- apparaten allmänt med siffran 1. Den består av en inre del 2 och en yttre del 3. Den inre delen 2 är anordnad i eldningsrummet 4 i en värmepanna 5. De båda delarna 2 och 3 avdelas genom en pannfläns 6, som täcker eldningsrummets 4 öppning i värmepannan 5. 10 15 20 25 30 35 457 474 Den inre delen 2 består av en fyrlåda, allmänt betecknad 7, anordnad på ett avstånd över eldningsrummets 4 bottenplåt 9, och en askutmatare 8 anordnad i utrymmet 10 mellan fyrlådan 7 och bottenplåten 9.

Fyrlådan 7 har en den allmänna formen av en bakåt öppen skopa med plan botten som är perforerad med hål 11, så att bottnen bildar en rost 12, sidoväggar 13 och i bakre delen ett tak 14. Taket 14 sträcker sig från den bakre änden till en tredjedel av fyrlådans längd. Resterande del av fyrlådan 7 är öppen uppåt-framåt, och inom denna del sluttar sido- väggarna 13, såsom framgår av Fig. 2. I bakre änden är fyrlådan för- sedd med fästöron 15 för att förena den med pannflänsen 6, Fig. 8.

Större delen av rosten/bottenplåten 12 är perforerad med lika stora och jämnt fördelade hål ll, som i rostens 12 bakre del även har betecknats 11A och den främre delen har betecknats ll B. Endast det inledande bottenpartiet 16 är operforerat. Detta har en längd mot- svarande 10 å 20 % av brännkoppens totala längd. I ett utförings- exempel hade brännkoppen en total längd av 750 mm och det operforerade bottenpartiet 16 en längd av 100 mm.

Under bottnen/rosten 12 finns ett utrymme 17, vars tak utgörs av rosten 12 och som för övrigt begränsas framåt av en ändvägg 18, åt sidorna av sidoväggar 19 och nedtill av en botten 20, vars undersida bildar den övre begränsningen av utrymmet 10 mellan eldningsrummets bottenplåt 9 och fyrlådan 7. Utrymmet 17 delas av en tvärgående mellanvägg 18A i en bakre kammare 17A och en främre kammare l7B. Den del 12A av rosten 12 som ligger över den bakre kammaren 17A utgör botten för glödbädden i fyrlådan 7, medan den främre delen l2B över kammaren 178 utgör botten för en ask- och slaggbädd. Det inses att gränsen mellan glödbädd och ask-/slaggbädd är ungefärlig, att den kan variera och att de båda partierna även kan överlappa varandra. Mellan- väggen 18A är försedd med ett antal öppningar 67. Väggen 18A kommer därför att fungera som en förstrypning, som begränsar luftflödet från den bakre kammaren 17A in i den främre kammaren 178, så att luftflödet genom öppningarna llB i den främre delen 128 av rosten och därmed luftflödet genom bädden av slagg och aska blir lägre än genom öppning- 10 15 20 25 30 35 457 474 arna llA i den bakre delen 12A under glödbädden. Härigenom kan öpp- ningarna 11A och 11B göras lika stora i hela rosten 12 och så små som är önskvärt för att inte partiklar av bränslet, glöd, slagg och aska i besvärande grad skall falla genom rosten 12 ned i utrymmet 17. Den bakre kammarens 17A bakre ände är öppen och är ansluten till en luft- låda 21 i pannflänsaggregatet 22, Fíg. 7 och 8. I kammaren 17 finns även elektriska element 23 av högtemperaturmaterial, som kan upphettas till ca 1l0O°C för uppstartning av förbränningen.

Den yttre delen 3 består av ett matarverk eller stokeraggregat, all- mänt betecknat 24 i Fig. 5, jämte tillhörande anslutníngsledning 25 för bränslet, ett pannflänsaggregat 22, Fig. 7 och 8, samt organ allmänt betecknade 26 för att ta emot och avleda den aska och slagg som matats ut ur pannan.

Matarverket 24 är anordnat i en plåtlåda 26. Anslutníngsledningen 25 för det fasta bränslet, exempelvis pellets, är ansluten till ett lutande fallrör 28 av plåt med en nivåvakt 29. Utrymmet i fallröret 28 under nivåvakten motsvarar volymen av en sats bränsle avsedd att inmatas vid varje inmatningsslag som matarverket 24 är anordnat att utföra. Vidare finns organ för att från en icke visas silo eller motsvarande leda bränslet via anslutningsledningen 25 till fallröret 28, varvid denna silo eller motsvarande är försedd med en bottenventil eller motsvarande som kan öppnas och stängas i beroende av signal från nivâvakten 29.

Fallröret 28 mynnar i en öppning i plåtlâdans 27 ovansida över ett rörligt, bakre mottagningsbord 31. Detta är i sin främre ände fästet vid en kniv 32, som i sin tur är monterad på en vertikal matarplåt 33.

Matarplåten 33 är via en isolerskiva 34 förbunden med en matarkolv 35 med en invändig första mutter 36 i bakre änden och utvändiga styr- ningar 37 och 38 i den främre delen. Den första styrningen 37 är anordnad i bakre änden på en styrhylsa 39, som i främre änden är fästad vid en fast styrskena 40 i lådan 27. På den fasta styrskenan 40 är även monterat ett fast, nedre, främre mottagningsbord 41 för bränslet. Matarplåten 33 vilar med sin nedre kant mot detta mottag- 457 474 10 15 20 25 30 35 ningsbord 41. För att förflytta matarkolven 35 och därmed matarplåten 33, kniven 32 och det bakre, övre mottagningsbordet 31 är anordnad en första elektrisk motor 42, som via en kugghjulstransmission 43 i ett kugghjulsskäp 44 är anordnad att rotera en matarskruv 45 samverkande med muttern 36.

Med hänvisning nu även till Fíg. 6 betecknas sex stycken spjut av värmebeständigt och korrosionsbeständigt stål med siffran 46. Spjuten 46 är parallella och sträcker sig i eldningsapparatens längsriktning i ett horisontalplan. De har cirkulärt tvärsnitt och är helt raka. I bakre änden är de fästade i en skena 47, som i sin tur är fästad i en andra mutter 48. Muttern 48 är i sin tur anordnad att samverka med en andra skruv 49, som kan roteras med hjälp av en andra elektrisk motor 50 via en kugghjulstransmission 51, som också är anordnad i kugghjuls- skåpet 44. Skruvens 49 främre ände är lagrad i en lagerhållare 52 förbunden med den fasta styrhylsan och styrskenan 40. Den senare är försedd med styrhål 53 för spjuten 46. Framför styrskenan 40 sträcker sig spjuten 46 under det fasta, nedre, främre mottagningsbordet 41 in i fyrlådan 7 på ett litet avstånd över rosten 12. Spjuten 46 är så långa att de med sina främre spetsar kan nå fram kant i kant med fyrlådans 7 främre ände. Vidare är skruven 49 så lång att spjuten 46 kan dras helt tillbaka ur fyren, så att de med sina främre spetsar når in under eller kant i kantámed den främre kanten på det fasta främre mottagningsbordet 41.

Pannflänsaggregatet 22, Fig. 7 och 8, innefattar en pannfläns och en därtill ansluten luftkammare 54, som omger en inmatningsöppning 55 för matarplåten 33 och kniven 32 med det rörliga mottagningsbordet 31. Även spjuten 46 kan förskjutas in i apparatens l inre del 2 genom öppningen 55. Likaså sträcker sig det fasta, nedre mottagningsbordet 41 med sin främre ände in genom öppningen 55. Till luftkammarens 54 högra del är en luftledning 56 ansluten från en fläkt 30. Luften leds via ledningen 56 in i den högra delen av luftkammaren 54, strömmar sedan genom kammarens övre del ovanför öppningen 55, därefter ned genom den vänstra delen för att slutligen via den tidigare nämnda luftlådan 21 ledas in i den bakre kammaren 17A under rosten 12. Även 10 15 20 25 30 35 457 474 anslutningsledningarna till de elektriska värmeelementen sträcker sig in i kammaren 17 genom luftlådan 21. Från den bakre kammaren 17A kan luften strömma dels upp genom hålen 11A i den bakre delen 12A av rosten, dels genom öppningarna 67 i mellanväggen 18A in i den främre kammaren l7B och från denna upp genom hålen 115 i den främre delen 12B av rosten. För inledning av ett termoelement in i förbränningsrummet är anordnat ett rör 57 anslutet till ett hål i pannflänsen 6.

Under luftlådan 21 finns en askutmatningsöppning 59. Genom denna askutmatningsöppning 59 sträcker sig skaftet 60 till aškutmataren 8.

Skaftet 60 är med sin bakre ände via kopplingsorgan anslutet till en mutter på en tredje, icke visad skruv 61 anordnad i ett rörformat skruvhölje 62 ett stycke under lådan 27. Skruven 61 är anordnad att via en tredje kugghjulstransmission roteras med hjälp av en tredje elektrisk motor 63. Askutmataren 80 kan liksom skaftet 60 förflyttas fram och tillbaka i utrymmet lO under fyrlådan 7. Askutmataren 8 inne- fattar ett antal efter varandra kopplade rakor 64, vilka vilar på bottenplåten 9 i värmepannans 5 eldningsrum 4. Rakorna 64 är kilfor- miga med spetsen riktad framåt, så att de vid den framåtgående rörelsen kan föras in under aska och slagg som ansamlats på botten- plåten 9 under fyrlådans 7 främre ände, medan rakornas 64 raka bakkant vid återgångsrörelsen för aska med sig ut ur värmepannan 5 genom ask- utmatningsöppningen 59. Därefter faller den utrakade askan och slaggen ned genom ett fallrör 65 för att därefter transporteras vidare med hjälp av en matarskruv eller liknande till en askuppsamlingsbinge eller motsvarande.

Den ovan beskrivna eldningsapparaten arbetar på följande sätt. Vid inledningen av en arbetscykel hos matarverket 24 är matarplåten 33 med kniven 32 och det rörliga, övre mottagningsbordet 31 maximalt fram- skjutet in i den ínmatningsöppning 55, Fig. 7 och 8, som omges av luftkammaren 54. Mottagningsbordet 31 befinner sig härvid under fall- röret 28. Förbränningsluft ínblåses med hjälp av fläkten 30 via luft- ledningen 56, den yttre luftkammaren 54 í pannflänsaggregatet 22, luftlådan 21, den bakre luftkammaren 17A under rosten och därifrån dels via hålen 11A upp i glödbädden på den bakre delen 12A av rosten 10 15 20 25 30 35 457 474 12 i fyrlådan 7, dels via öppningarna 67 i mellanväggen 18A in i den främre kammaren l7B och från denna upp i bädden av slagg och aska i den främre delen 12B av rosten. Då luften passerar genom den yttre luftkammaren 54 och luftlådan 21 förvärms luften, samtidigt som den värmeisolerar matarverket 24. Bränsle matas genom anslutningsledningen 25 till fallröret 28. Bränslet lägger sig på mottagningsbordet 31 och fallröret 28 fylls till nivåvakten 29. När denna nivå nåtts, ger nivåvakten 29 signal, så att vidare inmatning av bränsle till bered- skapsläget i fallröret 28 avbryts. Lufttillflödet hålls under denna fas på en låg nivå.

Nästa steg är att spjuten 46 förs in i fyren genom glödbädden och genom bädden av aska och slagg i främre änden av fyrlådan 7 och där- efter omedelbart tillbaka till sitt bakre utgångsläge. Matningen sker med hjälp av nämnda andra elmotor 50 och skruven 49 jämte tillhörande transmissionsorgan. Vid spjutaggregatets fram- och återgående rörelse styrs spjuten av styrhâlen 53 i styrskenan 40. Då spjuten 46 går in i fyrlådan 7 finns endast litet bränsle i denna. Det mesta av det inne- liggande bränslet är utbränt. Spjuten 46 för därför inte någon nämn- värd bränslemängd med sig vid frammatningen. Däremot luckrar luckrar spjuten 46 upp glödbädden över den bakre delen 12A av rosten och även bädden av aska och-slagg på det främre rostpartiet 12B, så att för- bränningen intensifieras genom att luften kan komma åt alla delar av bränslet. Samtidigt matar spjuten 46 eventuella klumpar av slagg fram mot och över den främre kanten på fyrlådan 7. Då luftinblåsningen samtidigt är minimal, dels på grund av luftflödet genom hålen 1lB i den främre delen 128 av rosten alltid är begränsad till följd av förstrypningen genom mellanväggen 18A, dels på grund av att luftflödet i luftledningen 56 på detta stadium av arbetscykeln hålls på en låg nivå, innebär spjutens 46 arbete i askan inte någon allvarlig sprid- ning av flygaska.

Spjutens 46 arbete i glödbädden och i askan utgör en förberedelse på den därefter följande bränsleinmatningen. Till och med kan man säga att avlägsnandet av större slaggklumpar utgör en förutsättning inte endast för att den successiva frammatningen av bränsle, glöd och aska 10 15 20 25 30 35 457 474 skall fungera utan utgör en förutsättning för att eldningsapparaten överhuvud skall fungera. Om inte slaggen matas undan, kommer aska snart att ansamlas i större kvantiteter i fyrlådan 7, vilket i sin tur leder till överhettning, driftstopp och eventuellt haveri.

Bränsleinmatningen inleds med att matarkolven 35 jämte matarplåten 33 och det övre mottagningsbordet 31 med hjälp av motorn 42, kugghjuls- transmissionen 43 och matarskruven 45 matas bakåt till det läge som visas i Fig. 5. Bränslet på mottagningsbordet 31 skrapas vid den återgående rörelsen av mot fallrörets 28 bakre vägg, som med en kant 66 sträcker sig ned i lådan 27. Bränslet faller sålunda ned på det fasta, nedre mottagningsbordet 41. Därefter förs matarkolven 35 med matarplåten 33, kniven 32 och det rörliga mottagningsbordet åter framåt, varvid matarplåten 33 skjuter bränslet framför sig på det fasta, nedre mottagninsbordet 41 genom inmatningsöppningen 55 in i fyrlådan 7. Matarplåten 33 förs fram till i nivå med pannflänsen 6.

Det inmatade bränslet skjuter i sin tur glödbädden framför sig på rosten 12, medan glödbädden skjuter aska och eventuell kvarvarande slagg fram mot fyrlådans främre kant. (Eventuella större, samman- hängande klumpar har dessförinnan avlägsnats av spjuten 46.) När nytt bränsle sålunda inmatats, öppnas ett spjäll i luftinmatnings- ledningen, så att luftinmatningen intensifieras. Det nyss inmatade bränslet ligger på den operforerade bakre delen 16 i'fyrlådan 7, dvs bakom den egentliga brännzonen på det bakre perforerade rostpartiet 12A. Det inmatade bränslet i denna bakre operforerade del 16 av fyr- lådan 7 utsätts emellertid för kraftig värmestrålning från glödbädden och förgasas därför till betydande del. De avgående, brännbara gaserna antände över glödbädden, varvid erforderlig förbränningsluft erhålls genom den ökade luftinblåsningen genom de båda rostpartierna 12A och 128: Luft som inblåses genom den främre rostdelen l2B medverkar också i denna gasförbränning och kan sägas bidraga med sekundänluft för denna förbränning. Eldningsapparaten 12 enligt uppfinningen arbetar sålunda med gas-kolförbränning i olika faser. Trots att bräns1e~ inmatningen sker intermittent uppnås en jämn gasförbränníng, varigenom man undviker stora variationer i C02-halt í avgående rökgaser. 10 15 20 25 30 35 457 474 10 Utmatningen av slagg och aska med hjälp av askutmataren 8 som arbetar i utrymmet 10 under fyrlådan 7 sker enligt ett eget program, som kan vara till viss grad oberoende av bränsleinmatningen. Med "oberoende" förstås i detta sammanhang att askutmatningen inte behöver ske i takt med bränsleínmatningen. Spjuten 46 skall däremot arbeta i takt med bränsleinmatningen. Ett arbetsslag med spjuten 46 kan utföras som en inledande manöver före varje bränsleinmatningsslag eller före vart- annat, före vart tredje osv. Vid den föredragna utföringsformen kan spjuten 46 inmatas alltifrån vart tioende upp till varje bränsle- inmatningsslag.

Den gjorda beskrivningen av funktionen utgår från att det finns en glödbädd i fyrlådan 7. Vid start av eldningsapparaten 1 matar man först in ett antal satser bränsle på rosten 12. Elementen 23 i kammaren 17 upphettas och värmer luften som blåses in via kammaren 17 upp genom rosten 12 till så hög temperatur att bränslet på rosten upphettas och sjävantänds. Den låga som uppstår registreras av en flamvakt (fotocell) som ökar luftpådraget. Värmeelementen ligger dock inne ytterligare ca 30 minuter för att accelerera förbränningen i inledningsskedet och för att upphetta rosten 12, så att man snabbt får en uppgång till maximal effekt på eldningsapparaten. Därefter matas bränsle in såsom ovan beskrivits omväxlande med att spjuten 46 luckrar upp glöd- och askbädd. Bränsleinmatningen sker i den takt som krävs för att önskad effekt skall uppnås, vilket kan beräknas med kunskap om bränslets energiinnehåll per viktsandel och med kännedom om bränslets densitet. Spjutaggregatets arbetscykel, dvs om spjuten 46 skall föras in före varje, varannan eller var tredje etc bränsleinmatning, ställs in beroende på bränsletyp som apparaten för tillfället skall arbeta med. n

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 457 474 ll PATENTKRAV

1. Stokermatad eldningsapparat för att förbränna fast, partikulärt bränsle, i synnerhet pellets, i en värmepanna (5), innefattande en inre del (2), som sträcker sig in 1 värmepannan med en fyrlåda (7) vars botten är perforerad och bildar en rost (12), och med ett för- bränningsrum inne i pannan, en yttre del (3) utanför värmepannan, organ för inledning av förbränningsluft underifrån genom den perfore- rade rosten, organ för att satsvis, drivna av första rörelseorgan (36, 42, 43, 45), inmata bränsle från den yttre delen in i fyrlâdan samt organ (8) för att utmata slagg och aska ur pannan, k ä n n e t e c k - n a d av ett flertal spjut (46) fördelade över fyrlâdans (7) bredd samt andra rörelseorgan (49, 50) anordnade att, oberoende av nämnda första rörelseorgan, med vissa intervall föra spjutbatteriet från ett bakre utgångsläge bakom fyren genom glödbädden och genom slagg och/eller aska framför glödbädden till ett främre ändläge och tillbaka till utgångsläget.

2. Eldningsapparat enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att spjutbatteriet är anordnat på en nivå mellan rosten (12) och ett fast, nedre mottagningsbord (41) för bränslet.

3. Eldningsapparat enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av fram- och återgående inmatningsprgan (33) för bränslet för att föra bränslet framåt på nämnda fasta nedre mottagningsbord, som är anordnat över spjutbatteriet.

4. Eldningsapparat enligt något av kraven l-3, k ä n n e t e c k n a d av att en bakre (l7A) och en främre kammare (l7B) är anordnade under respektive partier (12A och 123) av rosten (12), att luft är anordnad att först inledas i den bakre kammaren (l7A) och därefter in i den främre (l7B), att en förstrypning (18A, 67) är anordnad mellan de båda kamrarna (l7A, l7B), och att de bakre och främre rostpartierna (12A resp 12B) har lika grova perforeríngar (11A resp llB).

5. Sätt att förbränna fast, partíkulärt bränsle, i synnerhet pellets, i en värmepanna med hjälp av en eldningsapparat, innefattande en inre 10 15 20 25 30 35 457 474 12 del (2), som sträcker sig in i värmepannan med en fyrlåda (7) vars botten är perforerad och bildar en rost (12), och med ett förbrän- ningsrum inne i pannan, en yttre del (3) utanför värmepannan, organ för inledning av förbränningsluft underifrån genom den perfbrerade rosten, organ för att satsvis inmata bränsle från den yttre delen in i fyrlådan samt organ (8) för att utmata slagg och aska ur pannan, k ä n n e t e c k n a t av att, samtidigt som nämnda organ för att inmata bränsle står stilla, åtminstone ett batteri bestående av ett flertal spjut (46) fördelade över fyrlådans (7) bredd förs in i bädden av glöd och aska och/eller slagg och därefter tillbaka till ett bakre utgångsläge som inledning till åtminstone vissa av de satsvisa bränsleinmatningarna för att luckra glödbädden och bädden av aska och slagg samt för att mata eventuella större slaggklumpar mot och över fyrlådans främre kant, innan en ny sats bränsle inmatas.

6. Sätt enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att luft inblåses underifrån genom rosten (12) och att luftinblåsningen hålls på en lägre nivå då spjutbatteriet arbetar i fyrlådan än då nytt bränsle inmatats i densamma.

7. Sätt enligt något av kraven 5-6, k ä n n e t e c k n a t av att förbränningsluft först inblåses i en bakre kammare under glödbädden i fyrlådan, att luften därifrån fortsätter dels upp genom ett bakre rostparti (12A) och den därpå vilande glödbädden, dels via en för- strypning (1BA, 67) in i en främre kammare under bädden av slagg och aska och från denna upp genom ett främre rostparti och genom den därpå vilande bädden av slagg och aska.