SE520073C2 - Top-rated burner for solid fuels and method for operating such a burner - Google Patents

Abstract

Overfeed burner with controllable output for solid fuels, such as chips or coal, comprising a combustion chamber (2), downwardly delimited by a grate (3), a burner pipe (14) for unburned gases connected to the combustion chamber, and means for supplying primary and secondary air. Distinguishing features are that the grate (3) is horizontally rotatable and vertically movable for changing the volume of the combustion chamber (2), that a restrictable secondary air inlet (16) and a damper (13), which is equipped with a controllable secondary air inlet (15), are arranged in the passage (12) between the combustion chamber and the burner pipe, and a controllable fan (21) for feeding combustion air. A method of operation includes lowering the output by lowering the speed of the fan (21), then throttling the passage (12) between the combustion chamber and the burner pipe, reducing the supply of secondary air, reducing the rotation speed of the grate (3) and closing a damper (23) for over-fire air.

Description

25 30 520 073 2 Brännkammarhuset 1 är omgivet av ett yttre och inre hölje 18 respektive 19. Via en i yttre höljet 18 upptagen öppning 20 sugs av en fläkt 21 förbränningsluft in mellan höljena 18 och 19 samt leds vidare mellan det inre höljet 19 och brännkammarhuset 1 fram till området för kanalerna 15 och 16. Luften leds även genom en kanal 22 till undersidan av rosten 3, genom vilken luften passerar som primärluft. Ett spolluftspjäll 23 med munstycke förbinder brännkammaren 2 med den brännkammarhuset omspolade förbränningsluften. The combustion chamber housing 1 is surrounded by an outer and inner casing 18 and 19, respectively. Via an opening 20 accommodated in the outer casing 18, combustion air is sucked in by a fan 21 between the casings 18 and 19 and passed on between the inner casing 19 and the combustion chamber housing 1 up to the area of the ducts 15 and 16. The air is also led through a duct 22 to the underside of the grate 3, through which the air passes as primary air. A flushing air damper 23 with nozzle connects the combustion chamber 2 to the combustion chamber housing flushed combustion air.

Centralt ovanför brännkammaren 2 mynnar ett bränslerör 24, vilket förses med bränsle, såsom flis eller träpellets, via ett rör 25 från exempelvis ett större förråd (ej visat). Av en lågvarvig kuggväxelmotor 26 vrids en ned i bränsleröret 24 sig sträckande, på lämpligt sätt formad omrörare av ståltråd 27. Ett momentavkännande organ 28, innefattande en drivmotor 26 för ornröraren, avkänner belastningen på ornröraren 27, som är avsedd att sakta rotera i röret 24, för att hindra att bränslet ej hänger upp sig och bildar bryggor i röret 24, vilket särskilt kan vara ett problem vid användning av flis. När bränslenivån i röret 24 stiger ökar vridmotståndet hos omröraren 27, varför den på kullager upphängda motom 26 strävar att vrida sig, mot verkan av en fjäder, mot ett anslag. Omvänt om bränslenivån i röret 24 sjunker minskar vridmotståndet i omröraren 27 och påverkas motorn 26 av fjädern, att vrida sig åt motsatt håll mot ett annat anslag. Dessa tendenser till rörelser hos motorn avkänns och påverkar exempelvis mikrobrytare på sådant sätt, att när momentet i ornröraren 27 ökar stannar motom 26 rnedan ett minskande moment medför att motom startar. Sådana momentavkännande anordningar kan utföras på många olika sätt och är inom tekniken väl kända, varför denna del ej ingår i själva uppfinningen och ej heller nännare kommer att beskrivas här.Centrally above the combustion chamber 2 opens a fuel pipe 24, which is supplied with fuel, such as ice or wood pellets, via a pipe 25 from, for example, a larger storage (not shown). By a low speed gear motor 26, a suitably shaped steel wire stirrer 27 extending down into the fuel tube 24 is rotated. , in order to prevent the fuel from hanging up and forming bridges in the pipe 24, which can be a particular problem when using ice. As the fuel level in the tube 24 rises, the rotational resistance of the stirrer 27 increases, so that the motor 26 suspended on ball bearings tends to turn, against the action of a spring, against a stop. Conversely, if the fuel level in the tube 24 drops, the rotational resistance of the stirrer 27 decreases and the engine 26 is actuated by the spring, turning in the opposite direction to another stop. These tendencies to movements of the motor are sensed and affect, for example, microswitches in such a way that when the torque in the motor tube 27 increases, the motor 26 stops after a decreasing torque causes the motor to start. Such torque sensing devices can be embodied in many different ways and are well known in the art, which is why this part is not included in the invention itself and will not be described further here.

Ett shuntrör 29 förbinder bränslematarröret 25 med fläktens 21 trycksida, vilket innebär, att övertryck föreligger uppströms bränslerörets 24 mynning i brännkammaren 2, vilket förhindrar att rök stiger upp i bränsleröret 24.A shunt pipe 29 connects the fuel supply pipe 25 to the pressure side of the 21 shaft 21, which means that overpressure is present upstream of the mouth of the fuel pipe 24 in the combustion chamber 2, which prevents smoke from rising in the fuel pipe 24.

I Fig. 1 betecknar 30 ett tillslutbart tänd- och inspektionshål för brännkammaren 2 och 31 betecknar en askbehållare, till vilken askskruven 7 utmatar askan.In Fig. 1, a closable ignition and inspection hole for the combustion chamber 2 and 31 denote an ash container, to which the ash screw 7 discharges the ash.

Brännarens enligt uppfinningen funktion är följande. Bränsle i form av träpellets eller flis eller liknande matas genom röret 25 och ned i det vertikala bränsleröret 24, där den ståltrådsformade, på lämpligt sätt böjda omröraren 27 sakta roterar, hindrande bränslet att fastna i röret.The function of the burner according to the invention is as follows. Fuel in the form of wood pellets or ice or the like is fed through the pipe 25 and down into the vertical fuel pipe 24, where the wire-shaped, suitably curved stirrer 27 rotates slowly, preventing the fuel from getting stuck in the pipe.

Bränslet från röret 24 fyller brännkammaren 2 och kommer, vartefter bränslet förbrukas i brännkammaren, att sjunka ner genom röret 24 för att hålla en viss nivå i brännkammaren 2. Rösten 3 roterar med lämplig hastighet, driven av den intervallstyrda K:\Patent\l 0-\l 0334 l 500sc\030307text.doc 10 15 20 25 30 520 073 3 motorn 6, vilken även driver askskruven 7 via växeln 5. Motorns 6 hastighet anpassas till avsett effektuttag hos brännaren. På rosten är en ornrörare 11 anordnad, fördelande bränslet i brännkammaren 2. När rosten 3, vilken exempelvis är perforerad, vrider sig, ger glödbädden ett visst vridmotstånd och de på rosten befintliga kulorna 10, liggande i ett lagom tjockt skikt, kommer i oregelbunden rörelse, varigenom en sakta ”kokande” rörelse uppstår, vilken håller glödbädden lagom luftig men förhindrar genomblåsning. Askan faller genom kulbädden och eventuell glöd bränns ut. Kuloma 10 skyddar även mot värmestrålning nedåt och den av kuloma upptagna värmen avges till den underifrån uppströmmande primärluften.The fuel from the tube 24 fills the combustion chamber 2 and, as the fuel is consumed in the combustion chamber, will sink through the tube 24 to maintain a certain level in the combustion chamber 2. The voice 3 rotates at a suitable speed, driven by the interval controlled K: \ Patent \ l 0 - \ l 0334 l 500sc \ 030307text.doc 10 15 20 25 30 520 073 3 the motor 6, which also drives the ash screw 7 via the gear 5. The speed of the motor 6 is adapted to the intended power output of the burner. A furnace stirrer 11 is arranged on the grate, distributing the fuel in the combustion chamber 2. When the grate 3, which is for example perforated, rotates, the ember bed gives a certain rotational resistance and the balls 10 present on the grate, lying in a reasonably thick layer, move irregularly. , whereby a slow "boiling" movement occurs, which keeps the ember bed moderately airy but prevents blow-through. The ash falls through the ball bed and any embers burn out. The balls 10 also protect against heat radiation downwards and the heat absorbed by the balls is given off to the primary air flowing from below.

Tilluften eller förbränningsluften sugs av fläkten 21 från öppningen 20 och mellan det yttre och inre höljet 18 respektive 19 för att sedan omspola brännkammarhuset l. Luften strömmar vidare genom kanalen 22 som primärluft in under rosten 3. Genom kanalerna 15 och 16 kan sekundärluften reglerbart släppas in i området för det reglerbara spjället 13 efter brännkammaren 2 men före brännarröret 14. Spolluftspjällets 23 munstycke blåser en luftström mot brännkammarväggen ovanför glödbädden, for att förhindra askbeläggning.The supply air or combustion air is sucked by the 21 21 from the opening 20 and between the outer and inner casings 18 and 19, respectively, to then rewind the combustion chamber housing 1. The air flows further through the duct 22 as primary air into the grate 3. Through the ducts 15 and 16 the secondary air can be controlled. in the area of the adjustable damper 13 after the combustion chamber 2 but before the burner tube 14. The nozzle of the purge air damper 23 blows an air stream against the combustion chamber wall above the ember bed, to prevent ash coating.

Genom att förbränningsluften sugs in mellan det yttre och inre höljet 18 respektive 19, kyls det yttre höljet samtidigt som förbränningsluften förvärms. Förbränningsluften förvärms ytterligare genom att därefter omspola brännkammarhuset 1.By sucking in the combustion air between the outer and inner casings 18 and 19, respectively, the outer casing is cooled at the same time as the combustion air is preheated. The combustion air is further preheated by subsequently rewinding the combustion chamber housing 1.

Tändning av bränslet sker genom den tillslutbara öppningen 30, exempelvis med hjälp av en glödspiral.Ignition of the fuel takes place through the closable opening 30, for example by means of a glow coil.

Vid full effekt hos brännaren går fläkten 21 med max märkeffekt. Genom anordnandet av shuntröret 29 kan fläkttrycket i princip vara obegränsat utan att rök läcker ut.At full power of the burner, the går shaft 21 runs with maximum rated power. By arranging the shunt tube 29, the natural pressure can in principle be unlimited without smoke leaking out.

Vid sänkning av effekten sänks först hastigheten hos fläkten, vilken därefter stannar och varvid brännaren vid lägre effekt, ca. 60%, går på självdrag. Det reglerbara spjället 13 börjar att stänga och stryper samtidigt successivt kanalen (kanalerna) 15 medan spjället 17 stryper kanalen (kanalema) 16 och sekundärlufttillträdet till brännarröret 14 avtar. Samtidigt ändras rostmotoms 6 intervall för långsammare rotation av rosten 3. Vid lägre effekt höjs även rosten 3 och vid lägsta effekt, mindre än 10%, stängs spolluftspjället 23. Vid lägsta effekt är sekundärlufttillförseln helt strypt och reglerspjället nästan helt stängt. Rosten är höjd så att glödbädden endast omfattar ett litet område under bränsleröret 24. Detta innebär att en del primärluft strömmar förbi rosten och gasförbränningen påbörjas inne i brännkammaren 2.When lowering the power, the speed of the fl shaft is first reduced, which then stops and the burner at a lower power, approx. 60%, goes by itself. The adjustable damper 13 begins to close and at the same time gradually restricts the duct (s) 15 while the damper 17 restricts the duct (s) 16 and the secondary air access to the burner pipe 14 decreases. At the same time, the interval of the grate motor 6 changes for slower rotation of the grate 3. At lower power, the grate 3 is also raised and at the lowest power, less than 10%, the purge air damper 23 closes. The grate is raised so that the ember bed only covers a small area under the fuel pipe 24. This means that some primary air flows past the grate and the gas combustion begins inside the combustion chamber 2.

Spjället 13 är därvid stängt till sådan nivå, att endast ett mindre hål återstår, varför all gas måste passera in till pannan (ej visad), varigenom en liten koncentrerad het låga uppstår, som även förbränner eventuella obrända gaser som passerar. Emedan utrymmet i brännkammaren K:\Patent\10-\l0334l500se\030307text,d0c 10 15 20 25 30 520 073 4 2 nu är litet, kan temperaturen hållas hög i brännkammaren liksom vid inloppet hos brännarröret l4. Primärluften, som sugs in genom kanalen 22 är även mycket väl förvärmd.The damper 13 is then closed to such a level that only a small hole remains, so that all gas must pass into the boiler (not shown), whereby a small concentrated hot flame arises, which also burns any unburned gases which pass. Since the space in the combustion chamber K is now small, the temperature can be kept high in the combustion chamber as well as at the inlet of the burner tube 14. The primary air sucked in through the duct 22 is also very well preheated.

För att hålla minimal effekt utan att lågan slocknar eller ökar, är en temperaturavkännare (ej visad) anordnad något ovanför brännarrörets 14 utlopp inne i pannan (ej visad). Vid denna låga effekt viker de heta gaserna av uppåt så fort de lämnat brännarröret 14, men vid högre effekt blåser gaserna ut under temperaturavkännaren, vilken om lågan blir för het stoppar rostmotorn helt, varigenom aska snart samlas i glödbädden och lågan avtar.To maintain minimal effect without the flame going out or increasing, a temperature sensor (not shown) is arranged slightly above the outlet of the burner tube 14 inside the boiler (not shown). At this low power the hot gases fold away upwards as soon as they have left the burner tube 14, but at higher power the gases blow out below the temperature sensor, which if the flame becomes too hot stops the rust engine completely, whereby ash soon collects in the ember bed and the flame subsides.

Emedan det reglerbara spjället 13, vilket är helt avgörande vid låg effekt, svarar för strypningen till pannan, föreligger ej någon risk för störande tjuvdrag varken i brännkammaren eller i bränsleröret 24.Since the adjustable damper 13, which is absolutely crucial at low power, is responsible for the throttling to the boiler, there is no risk of disturbing theft in either the combustion chamber or the fuel pipe 24.

I Fig. 3 visas en utföringsform av rosten 3, vilken i detta fall består av en mittsektion 32 samt en yttre rostring 33 och en inre rostring 34. Ringformade spalter föreligger mellan ringarna 33, 34 och mittsektionen 32. Den senare uppvisar hål eller perforeringar 35.Fig. 3 shows an embodiment of the grate 3, which in this case consists of a central section 32 and an outer grate ring 33 and an inner grate ring 34. Annular gaps are present between the rings 33, 34 and the central section 32. The latter has holes or perforations 35. .

Mittsektionen 32 uppbäres av axeln 4, för sektionens rotation och ringarna 33 och 34 uppbärs av tre stycken radiellt symmetriskt i förhållande till varandra sig sträckande axlar 36, lagrat fastsatta i ett centralt axelstöd 37 (exempelvis hylsan 4, se Fig. 1), såsom visas i figur 3, för möjliggörande av rostens höjning och sänkning. I respektive axel 36 är spår 38 svarvade.The middle section 32 is supported by the shaft 4, for the rotation of the section and the rings 33 and 34 are supported by three pieces radially symmetrically with respect to mutually extending shafts 36, mounted fixedly in a central shaft support 37 (for example the sleeve 4, see Fig. 1), as shown in Figure 3, to enable the raising and lowering of the rust. In the respective shaft 36, grooves 38 are turned.

Respektive spår 38 är svarvat excentriskt i förhållande till axelns 36 centrumlinje och läinpligen så, att i varje axel är de två spåren svarvade motsatt excentriska. Ringama 33 och 34 vilar med stödkanter 39 i spåren, såsom framgår av figuren. Om axlarna 36 vrids eller inställs i förhållande till varandra med 1/3 varv flörvridning, uppstår en skevande rörelse upp och ner med motsatta rörelser mellan ytterringen 33 och innerringen 34. Glödbädden hålls härigenom i rörelse och askan kan lätt falla ner mellan ringarna. Respektive axel 36 drivs med lika hastigheter via ett vinkeldrev 40 och kommer den inre ringen 34 att vrida sig med större hastighet än den yttre ringen 33. Det skall förstås att fler än två ringar 33, 34 kan användas.The respective grooves 38 are turned eccentrically with respect to the center line of the shaft 36 and are inclined so that in each shaft the two grooves are turned oppositely eccentric. The rings 33 and 34 rest with support edges 39 in the grooves, as shown in the figure. If the shafts 36 are rotated or adjusted relative to each other by 1/3 turn rotation, a skewed up and down movement occurs with opposite movements between the outer ring 33 and the inner ring 34. The ember bed is thereby kept in motion and the ash can easily fall down between the rings. Each shaft 36 is driven at equal speeds via an angular gear 40 and the inner ring 34 will rotate at a greater speed than the outer ring 33. It should be understood that more than two rings 33, 34 can be used.

Hela regleringen av fläkten 21, det reglerbara spjället 16, spjället 17, rostens 3 vridning med hjälp av motorn 6 och höjning och sänkning med hjälp av länkarmsystemet 9, spolluftspjället 23 och ornröraren 27, för att nå eftersträvat förbränningsförlopp med olika effektuttag, sker med hjälp av kommandon från en styrdator. Denna varken visas eller beskrivs här, emedan dess programmering endast innebär en optimering av brännarens driftsförhållanden och innebär i sig ej någon uppfinning utan kan hänföras till numera allmänt tillämpad programmerings- och datorteknik.The entire regulation of the fan 21, the adjustable damper 16, the damper 17, the rotation of the grate 3 by means of the motor 6 and raising and lowering by means of the link arm system 9, the purge air damper 23 and the pipe stirrer 27, in order to achieve the desired combustion process with different power outlets. of commands from a control computer. This is neither shown nor described here, since its programming only involves an optimization of the burner operating conditions and does not in itself constitute an invention but can be attributed to now generally applied programming and computer technology.

K;\Patcnt\l0-\l03341500se\030307tcxt.docK; \ Patcnt \ l0- \ l03341500se \ 030307tcxt.doc

Claims (11)

10 15 20 25 30 520 073 5 Patentkrav10 15 20 25 30 520 073 5 Patent claims 1. Toppmatad brännare för fasta bränslen, såsom flis, kol eller liknande, med reglerad effekt, vilken brännare innefattar en brännkammare (2), nedtill begränsad av en i horisontalplanet vridbar rost (3), ett brännkammaren anslutande brännarrör (14) för de oförbrända rökgasema samt medel för tillförsel av primärluft och sekundärluft, k ä n n e t e c k n a d av att rosten (3) är reglerbart rörlig i vertikal riktning, minskande resp. ökande brännkammarens (2) volym, att i utloppet (12) från brännkammaren till brärmarröret är ett strypbart sekundärlufttillopp (16) anordnat liksom ett ställbart spjäll ( 13) försett med ett reglerbart sekundärlufttillopp (15), och att en i sig känd reglerbar fläkt (21) är A anordnad för att reglerbart mata förbränningsluft till brännaren.A top-fed burner for solid fuels, such as chips, coal or the like, with regulated power, which burner comprises a combustion chamber (2), limited at the bottom by a grate (3) rotatable in the horizontal plane, a combustion tube (14) for the unburned combustion chamber (14) the flue gases and means for the supply of primary air and secondary air, characterized in that the grate (3) is controllably movable in the vertical direction, decreasing resp. increasing the volume of the combustion chamber (2), that in the outlet (12) from the combustion chamber to the burner tube a chokeable secondary air supply (16) is arranged as well as an adjustable damper (13) provided with an adjustable secondary air supply (15), and that a per se known adjustable fl ( 21) A is arranged to controllably supply combustion air to the burner. 2. Brännare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att tilloppet hos det ställbara spjället ( 13) består av en eller flera kanaler (15) anordnade att automatiskt strypas när det ställbara spjället (13) stryper utloppet (12).Burner according to claim 1, characterized in that the inlet of the adjustable damper (13) consists of one or more channels (15) arranged to be automatically throttled when the adjustable damper (13) throttles the outlet (12). 3. Brännare enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att ovanpå rosten (3) är ett lager löst liggande kulor (10) företrädesvis av olika storlek och av keramiskt material anordnade.Burner according to claim 1 or 2, characterized in that a layer of loose balls (10) lying loosely on top of the grate (3) is preferably arranged of different sizes and of ceramic material. 4. Brännare enligt krav 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av att ett spolluftspjäll (23) är anordnat mellan fläkten och brännkarnmaren (2) i förbränningsluftens flödesväg mellan fläkten och brännkammaren.Burner according to Claim 1, 2 or 3, characterized in that a purge air damper (23) is arranged between the fl shaft and the burner core (2) in the path of combustion air mellan between the fl shaft and the combustion chamber. 5. Brännare enligtkrav 4, k ä n n e t e c k n a d av att rosten (3), det ställbara spjället (13), sekundärlufttilloppet ( 16), spolluftspjället (23) och fläkten (21) är manövrerbara med hjälp av motororgan.Burner according to claim 4, characterized in that the grate (3), the adjustable damper (13), the secondary air inlet (16), the purge air damper (23) and the fl shaft (21) can be operated by means of motor means. 6. Brännare enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att bränslet tillföres brännkammaren uppifrån via ett huvudsakligen vertikalt matarrör (24), mynnande ovanför rosten (3).Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel is supplied to the combustion chamber from above via a substantially vertical feed pipe (24), opening above the grate (3). 7. Brännare enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att rosten (3) har formen av två eller flera koncentriska, på avstånd från varandra belägna ringar (33, 34), anordnade att rotera med vickande, inbördes fasförskjutna rörelser.Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the grate (3) is in the form of two or more concentric, spaced apart rings (33, 34), arranged to rotate by rocking, mutually phase-shifted movements. 8. Förfarande för drift av en brärmare för torrbränsle, såsom flis, eller liknande i reglerad mängd, vilken brännare innefattar en brännkammare (2), nedtill begränsad av en vridbar rost (3), ett brännkammaren anslutande brärmarrör (14) för de oförbrända rökgasema samt en fläkt (21) för tillförsel av primärluft och sekundärluft samt luft till ett i brännkammaren mynnande spolluftspjäll (23), k ä n n e t e c k n a t av att för att sänka brännarens effekt sänks fläktens (21) hastighet, därefter stryps passagen från brännkammaren \\SPB\VOL3\users\YA\DOK\wordæiok\up\P3341Sse .doc 10 520 073 6 (2) till brännarröret (14) samtidigt som sekundärluftsflödet till brännkammarens (2) utlopp stryps och rostens (3) vridningshastighet minskas och spolluftspj ället (23) stängs.A method of operating a dry fuel burner, such as fl ice, or the like in a controlled amount, which burner comprises a combustion chamber (2), limited at the bottom by a rotatable grate (3), a combustion chamber connecting pipe (14) for the unburned flue gases. and a fl (21) for supplying primary air and secondary air as well as air to a purge air damper (23) opening into the combustion chamber, characterized in that in order to reduce the effect of the burner the speed of the fl (21) is reduced, then the passage from the combustion chamber is restricted \\ SPB \ VOL3 \ users \ YA \ DOK \ wordæiok \ up \ P3341Sse .doc 10 520 073 6 (2) to the burner pipe (14) at the same time as the secondary air flow to the outlet of the combustion chamber (2) is restricted and the rotation speed of the grate (3) is reduced and the purge air gap (23) closes. 9. Förfarande enligt krav 8, kännetecknat av att rosten förflyttas i riktning uppåt.Method according to Claim 8, characterized in that the grate is moved in the upward direction. 10. Förfarande enligt något av kraven 8 eller 9, k ä n n e t e c k n a t av att fórbränningsluft under tryck efter fläkten (21) leds (29) till ett upptill på brännaren anordnat matarrör (24) för bränslet. av attMethod according to one of Claims 8 or 9, characterized in that the combustion air under pressure after the fl shaft (21) is led (29) to a feed pipe (24) arranged at the top of the burner for the fuel. of that 11. ll. Förfarande enligt något av kraven 8-10, k ä n n e t e c k n at primärluften och sekundärluften fórvärms genom att omspola brännkammaren (2) och - brännarröret (14) innanför ett brännaren omslutande hölje (18, 19). \\SPB\VOL3\users\YA\DOK\word-dok\up\P3 341 Ssc .doc11. ll. Method according to one of Claims 8 to 10, characterized in that the primary air and the secondary air are preheated by rewinding the combustion chamber (2) and the burner tube (14) inside a casing (18, 19) enclosing the burner. \\ SPB \ VOL3 \ users \ YA \ DOK \ word-dok \ up \ P3 341 Ssc .doc