PL200183B1 - Układ do regulacji ciągiem kominowym procesu spalania w kotłach opalanych paliwem stałym - Google Patents

Abstract

Wynalazek rozwiązuje zagadnienie regulacji ciągiem kominowym procesu spalania w kotłach opalanych paliwem stałym, zwłaszcza do całodobowej eksploatacji z wymaganą wydajnością cieplną oraz prowadzeniem procesu całkowitego spalania paliwa i jego części lotnych. Układ ma zabudowany na wylocie kanału spalinowego (3a) komina (3) wentylator wyciągowy (1) z napędem elektrycznym (2), przyłączonym do zasilania posobnie poprzez obwód wyjściowy triaka układu regulacyjno-blokującego (4) napędu elektrycznego (2), obwód wyjściowy triaka układu mikroprocesorowego (5) sterowania kotła (6) oraz obwód wyjściowy wyłącznika termobimetalicznego (7a) układu zabezpieczającego (7) obiegu wodnego kotła (6). Układ regulacyjnoblokujący (4) ma do obwodu wejściowego triaka przyłączony optotriak sterowany przez układ regulatora termostatycznego z termostatem (8a) zainstalowanym w obmurzu (3c) kanału spalinowego (3a) komina (3) oraz układ regulacji obrotów napędu elektrycznego (2). Układ mikroprocesorowy (5) sterowania kotła (6) ma do obwodu wejściowego triaka przyłączony optotriak sterowany przez mikroprocesor z układem kontroli temperatury kotła (6) i termostatem (8b) jego obiegu wodnego.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ do regulacji ciągiem kominowym procesu spalania w kotłach opalanych paliwem stałym, zwłaszcza do całodobowej eksploatacji bezprzerywnej dla ogrzewania pomieszczeń mniejszych obiektów, prowadzonej procesem całkowitego spalania tego paliwa i jego części lotnych, dla zapewnienia wymaganej wydajności cieplnej oraz utrzymania żądanych parametrów temperaturowych, przy równoczesnym znacznym zmniejszeniu emisji pyłów i substancji toksycznych na zewnątrz do atmosfery.

Dotychczas znane i stosowane rozwiązania kotłów na paliwo stałe, zwłaszcza na węgiel, o konstrukcjach stalowych lub żeliwnych z ręcznym narzutem paliwa, zawierają płaszcz wodny, obejmujący komorę paleniskową i kanały ciągu konwekcyjnego spalin z czopuchem wylotu spalin oraz komorę popielnikową oddzieloną od komory paleniskowej rusztem stałym lub uchylnym. Powyższe rozwiązania różnią się szczegółami wykonania, zmierzającymi do podniesienia sprawności, wydłużenia czasu stałopalności pomiędzy załadowaniami paliwa do komory paleniskowej, względnie zastosowania tańszych paliw, jak węgle o drobniejszym sortymencie oraz wspomagania procesu palenia przy użyciu wentylatora podmuchu.

Optymalizacja procesu spalania wymaga określonej ilości powietrza w stosunku do aktualnej porcji spalanego paliwa stałego. Tymczasem ilość dopływającego powietrza, pochodzącego z naturalnego ciągu zależy od temperatury obmurza komina, jego przekroju czynnego i wysokości, jak również aktualnej prędkości wiatru, oporów przepływu rusztu kotła oraz grubości warstwy popiołu i grubości warstwy opału na ruszcie. Wszystkie te czynniki za wyjątkiem parametrów wysokości i przekroju komina są zmienne i ich wartości są uzależnione od bieżącej sytuacji w palenisku kotła. Niedogodności te są częściowo niwelowane przez stosowanie regulatorów otwarcia przysłony dopływu powietrza pod ruszt kotła, względnie dodatkowych konstrukcji wentylatorów podmuchowych, intensyfikujących w sposób sztuczny ciąg kominowy. Znane jest z polskiego opisu patentowego nr 154897 rozwiązanie kotła grzewczego wielopaliwowego, umożliwiające spalanie różnych paliw stałych, jak węgla kamiennego, węgla brunatnego, drewna i jego odpadów. Powyższy kocioł składa się z komory paliwowej z doprowadzeniem powietrza dodatkowego nad paliwo, ściany działowej oddzielającej komorę paliwową od komory spalania, rusztu z przegarniaczem i komorą popielnikową z doprowadzeniem powietrza podstawowego, sterowanym za pomocą miarkownika spalania z ceramicznym katalizatorem oraz doprowadzeniem powietrza wtórnego, części wymiennikowej z płomiennikami i turbulizatorami.

Znane jest także z polskiego opisu patentowego nr 176379 rozwiązanie układu sterowania kotła grzewczego z wymuszonym podmuchem, opalanego miałem węglowym, dla zastosowania szczególnie do ogrzewania domków jednorodzinnych. Układ sterowania kotła grzewczego charakteryzuje się tym, że ma termostat kominowy, który ma na wejściu połączenie z przekaźnikiem przełączającym, zaś na wyjściu połączenie z wentylatorem podmuchu.

Znane jest również z polskiego opisu zgłoszenia wynalazku nr P.316711 rozwiązanie kotła wodnego centralnego ogrzewania, zawierającego komorę dopalania w postaci monolitycznej żaroodpornej kształtki, wyposażonej w przewód powietrza wtórnego w postaci wzdłużnej szczeliny w jej dolnej części. Do tej szczeliny regulowany jest dopływ powietrza z wentylatora i urządzenia, zainstalowanego w dolnej partii korpusu kotła, poprzez przysłony oraz kanały powietrza pierwotnego i wtórnego, rozmieszczone symetrycznie po obu bokach kotła, wyposażone w przysłony regulujące dopływ powietrza pierwotnego i wtórnego.

Opisane powyżej oraz inne podobne znane i stosowane rozwiązania kotłów opalanych paliwem stałym są obciążone niedogodnościami eksploatacyjnymi i cechują się niezadowalającą sprawnością oraz ograniczoną możliwością regulacji wydajności, szczególnie w przypadku stosowania jako paliwa węgla o dużej zawartości części lotnych. Dalszy ujemny wpływ wywiera nierównomierna wydajność kotła grzewczego o charakterze cyklicznym związana z koniecznością nakładania paliwa stałego i powtarzaniem kolejnych faz palenia, jak suszenie tego paliwa, jego odgazowanie i spalanie. Tak prowadzonym procesem spalania związana jest nieuchronnie duża emisja pyłów i substancji toksycznych do atmosfery, jak niespalone węglowodory i tlenki węgla, występujące zaraz po nałożeniu paliwa i w początkowym okresie spalania. Także znane jest z polskiego opisu patentowego nr 181372 rozwiązanie mechanicznego rusztu do spalania paliwa stałego, połączonego z dmuchawą doprowadzającą powietrze do spalania oraz z urządzeniami sterującymi i zasilającymi ślimak paliwem podawanym z zasobników na ruszt. Główny zasobnik jest usytuowany przy zasilającym przenośniku ślimakowym i ma małą ilość paliwa oraz jest połączony z zasobnikiem dodatkowym, który jest usytuowany w pewPL 200 183 B1 nej odległości od głównego zasobnika i ma podstawową ilość paliwa. Zasobnik główny ma detekcyjny element do sterowania uzupełnieniami paliwa z dodatkowego zasobnika. Komora rozdzielania powietrza jest usytuowana pomiędzy rusztem oraz głównym zasobnikiem i jest zasilana powietrzem poprzez dmuchawę. Komora rozdzielania powietrza jest połączona z rusztem poprzez główną rurę powietrza oraz z górną częścią komory nad rusztem poprzez dodatkowy wylot powietrza. Zewnętrzny pierścień jest ułożyskowany obrotowo na górnej krawędzi pierścieniowego rusztu i ma zębate segmenty do obracania pierścienia, w celu unikania gromadzenia się żużli w otworach rusztu.

Powyższe rozwiązanie pozwala na częściowe ograniczenie opisanych powyżej niedogodności przez uzyskanie zmechanizowanej dostawy odpowiedniej ilości paliwa stałego na pierścieniowy ruszt do jego spalania, jak też wyeliminowanie wyrzutów spalin do pomieszczenia kotłowni, lecz z uwagi na skomplikowaną konstrukcję wykazuje jednak utrudnienia w przystosowaniu do warunków pracy w kotłach grzewczych zwłaszcza centralnego ogrzewania, w tym również w widocznym zmniejszaniu emisji pyłów i substancji toksycznych do atmosfery.

Przeprowadzone badania i próby wykazały korzystniejsze warunki do zmniejszenia opisanych wyżej niedogodności przez odpowiednie sterowanie ciągiem kominowym spalin kotła, ponieważ w kotłach z grawitacyjnym ciągiem kominowym nie uzyskuje się zadowalających wyników spalania.

Znane jest z polskiego opisu patentowego nr 162780 rozwiązanie urządzenia wyrzutowego spalin z komina z regulowanym skokowo przekrojem wylotu, zawierające rury wylotowe, zamykane od góry ruchomymi pokrywami, mającymi ramy zawieszone na łożyskach obrotowych, znajdujących się na bocznych rurach wylotowych. Pokrywy są uruchamiane elektromechanicznym zespołem napędowym, zamocowanym do rury wylotowej na odpowiednio ukształtowanym wsporniku.

Znane jest także z polskiego opisu zgłoszenia wynalazku nr P.335007 rozwiązanie generatora ciągu kominowego, zawierającego komorę zasilania, utworzoną z zachodzących na siebie współśrodkowo rury dolotowej przewodu kominowego i podstawy, połączonych od dołu z blachą okapu komina. Od góry na podstawie znajduje się rura inżektorowa, posiadająca wewnątrz dyszę, ograniczoną od rury dolotowej szczeliną i jest zakończona od góry deflektorem. Komora zasilania posiada z boku króciec, z którym jest połączony wentylator, zakończony czerpnią powietrza z filtrem. Niedogodnością powyższych rozwiązań sterowania ciągiem kominowym i wyrzutem spalin z komina jest brak ich przystosowania do regulacji procesu spalania w kotłach, opalanych zwłaszcza paliwem stałym. Stosowane w nich wentylatory podmuchu nie mogą wytwarzać dużych nadciśnień powietrza i posiadać dużych wydajności wymaganych dla poprawnej pracy kotła, ponieważ kominy nie są w stanie przepuścić takiej ilości spalin, jaka jest wymagana w czasie optymalnego procesu spalania. Wysokie parametry wentylatora podmuchu wymagają absolutnie uszczelnienia całego kotła, co w praktyce jest bardzo trudne do zrealizowania. W konsekwencji ze względu na istniejące nieszczelności, zwłaszcza w zamknięciach furtek, w połączeniach czopucha z kominem, oraz w otworach rewizyjnych, wentylatory podmuchu są powodem wydostawania się pyłów oraz niebezpiecznych gazów trujących, a nawet gazów wybuchowych, pochodzących od niecałkowitego spalania opału.

Pozatym wykonywanie standardowych czynności obsługi kotła, zwłaszcza rusztowanie, częściowe usuwanie nagromadzonych na ruszcie popiołów, lub doładowanie opału, wymaga wyłączenia wentylatora podmuchu, co umożliwia wydostawanie się częściowe dymów i pyłów z komory spalania do pomieszczenia kotłowni. Dalszą niedogodnością dotychczas znanych i stosowanych rozwiązań sterowania procesem spalania opału w kotłach opalanych paliwem stałym, działających na zasadzie utrzymywania temperatury wody na zadanym poziomie, w tym również opartych o technikę mikroprocesorową, jest występujące zjawisko przeregulowań temperatury wody w kotle w stosunku do temperatury ustawionej, które można częściowo zapobiec poprzez regulację intensywności spalania, dokonywanej zmianą prędkości obrotów wentylatora. Sposób ten nie zapewnia jednak wyeliminowania tych przeregulowań, zwłaszcza przy dużej różnicy temperatur wody w kotle w stosunku do temperatury zadanej oraz w czasie po załadowaniu kotła nową porcją opału. Przeregulowania te mają swoją przyczynę w nadmiernym nagrzaniu obmurza kanału spalinowego komina i mogą w skrajnym przypadku doprowadzić do niebezpiecznego wzrostu temperatury wody w kotle i zapalenia sadzy w kominie.

Powyższe niedogodności zostały wyeliminowane przez nowe rozwiązanie układu do regulacji ciągiem kominowym procesu spalania w kotłach opalanych paliwem stałym, zawierającego wentylator wyciągowy z napędem elektrycznym, układ sterowania kotła oraz termostaty. Zgodnie z wynalazkiem układ ma wentylator wyciągowy zabudowany swą podstawą z wlotem spalin na wylocie kanału spalinowego komina, zaś napęd elektryczny wentylatora wyciągowego jest przyłączony kablem sterowniczym, prowadzonym poza kanałem spalinowym, korzystnie przez kanał wentylacyjny komina, do zasi4

PL 200 183 B1 lania posobnie poprzez obwód wyjściowy triaka układu regulacyjno-blokującego napędu elektrycznego, obwód wyjściowy triaka układu mikroprocesorowego sterowania kotła oraz obwód wyjściowy wyłącznika termobimetalicznego układu zabezpieczającego obiegu wodnego kotła. Układ rcgulacyjnoblokujący ma do obwodu wejściowego swego triaka przyłączony obwód wyjściowy optotriaka, do którego obwodu wejściowego ma podłączone równolegle obwody wyjściowe układu regulatora termostatycznego z pokrętłem do ustalania parametrów granicznych temperatury i podłączonym do jego obwodu wejściowego termostatem, zainstalowanym w obmurzu kanału spalinowego komina oraz układu regulacji obrotów napędu elektrycznego z pokrętłem do ustalania parametrów granicznych obrotów. Układ mikroprocesorowy sterowania kotła ma do obwodu wejściowego swego triaka przyłączony obwód wyjściowy optotriaka, do którego obwodu wejściowego jest podłączony obwód wyjściowy mikroprocesora z układem kontroli temperatury w kotle, uwidocznionym na wskaźniku cyfrowym, z przyciskami ustawiania zakresu regulacji oraz wskaźnikami pracy wentylatora wyciągowego i pompy obiegowej CO, zaś do obwodu wejściowego mikroprocesora jest przyłączony obwód wyjściowy termostatu obiegu wodnego kotła. Korzystnie układ zabezpieczający obieg wodny kotła jest przymocowany do płaszcza wodnego kotła i ma swój wyłącznik termobimetaliczny włączony w szereg z obwodem zasilania napędu elektrycznego wentylatora wyciągowego.

Podstawa wentylatora wyciągowego ma wspartą uchylnie na podporach pokrywę górną, pomiędzy którymi jest umieszczony wirnik wentylatora, połączony z góry pionowo w osi z napędem elektrycznym, przy czym pokrywa górna jest połączona z jednej strony obrotowo z jedną podporą, zaś z drugiej strony rozłącznie z drugą podporą.

Zastosowanie układu do regulacji ciągiem kominowym procesu spalania w kotłach opalanych paliwem stałym według wynalazku umożliwia prowadzenie procesu całkowitego spalania tego paliwa i jego części lotnych przy równoczesnym prowadzeniu całodobowej eksploatacji bezprzerywnej kotła, zwłaszcza dla ogrzewania pomieszczeń mniejszych obiektów, jak również przy znacznym zmniejszeniu emisji pyłów i substancji toksycznych na zewnątrz do atmosfery. Celowe wprowadzenie wentylatora wyciągowego, zabudowanego na wylocie kanału spalinowego komina, pozwala na sztuczne wytworzenie dużego podciśnienia w kanale spalinowym tego komina, powodującego intensywne zasysanie powietrza poprzez ruszt kotła do jego komory spalania i uniemożliwia wydostawanie się z kotła pyłów i gazów toksycznych, tworząc warunki bezpiecznej obsługi kotła i zapewniając utrzymanie czystości w pomieszczeniu kotłowni. Układ według wynalazku może być zastosowany skutecznie i efektywnie do każdego rodzaju kotła opalanego paliwem stałym.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony schematycznie w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat połączeń układu do regulacji ciągiem kominowym procesu spalania w kotle opalanym paliwem stałym z zabudowanym wentylatorem wyciągowym na kanale spalinowym komina, natomiast fig. 2 przedstawia schemat ideowy obwodów sterowania i blokady napędu elektrycznego wentylatora wyciągowego.

Układ do regulacji ciągiem kominowym procesu spalania w kotle opalanym paliwem stałym według wynalazku zawiera wentylator wyciągowy 1 z napędem elektrycznym 2, zamocowany swą podstawą 1a z wlotem spalin do wirnika wentylatora 1b na wylocie kanału spalinowego 3a komina 3. Napęd elektryczny 2 ma swój kabel sterowniczy 2a prowadzony przez kanał wentylacyjny 3a komina 3 i przyłączony do zasilania posobnie poprzez obwód wyjściowy triaka 4a układu regulacyjnoblokującego 4 napędu elektrycznego 2, obwód wyjściowy triaka 5a mikroprocesorowego układu sterowniczego 5 kotła 6 oraz obwód wyjściowy wyłącznika termobimetalicznego 7a układu zabezpieczającego 7 obiegu wodnego kotła 6. Układ regulacyjno-blokujący 4 ma do obwodu wejściowego swego triaka 4a przyłączony obwód wyjściowy optotriaka 4b, do którego obwodu wejściowego są podłączone szeregowo obwody wyjściowe układu regulatora termostatycznego 4c z pokrętłem 4d do ustalania parametrów granicznych temperatury i podłączonym do jego obwodu wejściowego termostatem 8a, zainstalowanym w obmurzu 3c kanału spalinowego 3a komina 3 oraz układu regulacji obrotów 4e napędu elektrycznego 2 z pokrętłem 4f do ustalania parametrów granicznych obrotów. Układ mikroprocesorowy 5 sterowania kotła 6 ma do obwodu wejściowego swego triaka 5a przyłączony obwód wyjściowy optotriaka 5b, do którego obwodu wejściowego jest podłączony obwód wyjściowy mikroprocesora 5c z układem kontroli temperatury w kotle 6, uwidocznionym na wskaźniku cyfrowym 5d, z przyciskami 5e ustawiania zakresu regulacji oraz wskaźnikami 5f pracy wentylatora wyciągowego 1 i pompy obiegowej CO. Do obwodu wejściowego mikroprocesora 5 jest przyłączony obwód wyjściowy termostatu 8b obiegu wodnego kotła 6. Układ zabezpieczający 7 obiegu wodnego kotła 6 przed nadmiernym i niebezpiecznym wzrostem temperatury wody w kotle 6 jest przymocowany do płaszcza

PL 200 183 B1 wodnego kotła 6 i ma swój wyłącznik bimetaliczny 7a włączony w szereg z obwodem zasilania, który w chwili przekroczenia dopuszczalnej temperatury wody w kotle 6 przerywa obwód zasilania napędu elektrycznego 2 wentylatora wyciągowego 1. Podstawa 1a wentylatora wyciągowego 1 jest zamocowana na stałe do zwieńczenia wylotu kanału spalinowego 3a komina 3 i ma wspartą na niej uchylnie na podporach 9a i 9b pokrywę górną 1c, pomiędzy którymi jest umieszczony wirnik wentylatora 1b, połączony pionowo w osi z napędem elektrycznym 2. Pokrywa górna 1c jest połączona z jednej strony zawiasem z podporą 9a, zaś z drugiej strony rozłącznie śrubą motylkową 9c z drugą nagwintowaną podporą 9b. Do pokrywy górnej 1c jest przykręcona osłona 10 napędu elektrycznego 2. Obniżenie temperatury wody w kotle 6 poniżej wielkości temperatury nastawionej przyciskami 5e powoduje uruchomienie napędu elektrycznego 2 wentylatora wyciągowego 1 do czasu, aż zostanie osiągnięta temperatura zadana. Pokrętłem 4f układu regulacji obrotów 4e napędu elektrycznego 2 wentylatora wyciągowego 1 ustawia się intensywność spalania i moc kotła 6. Natomiast pokrętłem 4d regulacji temperatury obmurza 3c kanału spalinowego 3a komina 3 ograniczana jest temperatura spalin.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ do regulacji ciągiem kominowym procesu spalania w kotłach opalanych pallwem stałym, zawierający wentylator wyciągowy z napędem elektrycznym, sterownik kotła oraz czujniki temperaturowe, znamienny tym, że ma wentylator wyciągowy (1) zabudowany swą podstawą (1a) z wlotem spalin na wylocie kanału spalinowego (3a) komina (3), zaś napęd elektryczny (2) wentylatora wyciągowego (1) ma przyłączony kablem sterowniczym (2a), prowadzonym poza kanałem spalinowym (3a), korzystnie przez kanał wentylacyjny (3b) komina (3), do zasilania posobnie poprzez obwód wyjściowy triaka (4a) układu regulacyjno-blokującego (4) napędu elektrycznego (2), obwód wyjściowy triaka (5a) układu mikroprocesorowego (5) sterowania kotła (6) oraz obwód wyjściowy wyłącznika termobimetalicznego (7a) układu zabezpieczającego (7) obiegu wodnego kotła (6), przy czym układ regulacyjnoblokujący (4) ma do obwodu wejściowego swego triaka (4a) przyłączony obwód wyjściowy optotriaka (4b), do którego obwodu wejściowego ma podłączone szeregowo obwody wyjściowe układu regulatora termostatycznego (4c) z pokrętłem (4d) do ustalania parametrów granicznych temperatury i podłączonym do jego obwodu wejściowego termostatem (8a), zainstalowanym w obmurzu (3c) kanału spalinowego (3a) komina (3) oraz układu regulacji obrotów (4e) napędu elektrycznego (2) z pokrętłem (4f) do ustalania parametrów granicznych obrotów, natomiast układ mikroprocesorowy (5) sterowania kotła (6) ma do obwodu wejściowego swego triaka (5a) przyłączony obwód wyjściowy optotriaka (5b), do którego obwodu wejściowego ma podłączony obwód wyjściowy mikroprocesora (5c) z układem kontroli temperatury w kotle (6), uwidocznionym na wskaźniku cyfrowym (5d), z przyciskami (5e) ustawiania zakresu regulacji oraz wskaźnikami (5f) pracy wentylatora wyciągowego (1) i pompy obiegowej CO, zaś do obwodu wejściowego mikroprocesora (5c) ma przyłączony obwód wyjściowy termostatu (8b) obiegu wodnego kotła (6).
2. 2. Układ do reguaccj ciągiem kominowym procesu spalania w kotłach opalanych pallwem stałym według zastrz. 1, znamienny tym, że ma układ zabezpieczający (7) obieg wodny kotła (6) przymocowany do płaszcza wodnego kotła (6) i ma swój wyłącznik termobimetaliczny (7a) włączony w szereg z obwodem zasilania napędu elektrycznego (2) wentylatora wyciągowego (1).
3. 3. Układ do regulacCj ciągiem kominowym procesu spalania w kotłach opalanych pallwem stałym według zastrz. 1, znamienny tym, że na podstawie (1a) wentylatora wyciągowego (1) ma wspartą uchylnie na podporach (9a i 9b) pokrywę górną (1c), pomiędzy którymi ma umieszczony wirnik wentylatora (1b), połączony z góry pionowo w osi z napędem elektrycznym (2), przy czym pokrywa górna (1c) jest połączona z jednej strony obrotowo z jedną podporą (9a), zaś z drugiej strony rozłącznie z drugą podporą (9b).