PL224532B1 - Zespół do zagęszczania paliwa stałego i kruszenia powstałych w procesie żużli, powstałych na ruszcie w procesach spalania w urządzeniach grzewczych na paliwo stałe - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest zespół do zagęszczania paliwa stałego i kruszenia, powstałych w procesie żużli, powstałych na ruszcie w procesach spalania w komorach paleniskowych na paliwo stałej, mający zastosowanie do urządzeń grzewczych na paliwo stałe z rusztem o dowolnej konstrukcji i dowolnym zasilaniu paliwem. Zespół charakteryzuje się tym, że nad palącym się złożem, korzystnie w osi głównej rusztu (3), ma zagęszczacz (6) złoża, zamocowany na mechanizmie przemieszczania pionowego (5).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zespół do zagęszczania paliwa stałego i kruszenia powstałych w procesie żużli, powstałych na ruszcie w procesach spalania w urządzeniach grzewczych na paliwo stałe, mający zastosowanie do urządzeń grzewczych na paliwo stałe z rusztem dowolnej konstrukcji i dowolnym zasilaniu paliwem.

W znanych rozwiązaniach komór paleniskowych, na przykład wśród kotłów grzewczych na paliwa stałe, mamy komorę spalania z rusztem, stałym lub ruchomym, w kształcie pierścienia lub prostokątnej powierzchni. Znajdujące się na ruszcie paliwo podlega procesowi spalania w określonych fazach. Paliwo na ruszcie w swojej górnej warstwie pozostaje przez dłuższy czas nie poruszone. W procesie spalania powstają żużle, które zlepiają się i przylegają do powierzchni rusztu. W przypadku węgli o wysokiej liczbie Ri tworzą się spieki, które uniemożliwiają dostęp powietrza do ziaren paliwa. Omywane strumieniem powietrza zlepione żużle koksu pozbyte części lotnych, ulegają schłodzeniu. Może to być powodem całkowitego wygaszenie paleniska.

Zjawisko to utrudnia, a w dłuższym okresie czasu całkowicie uniemożliwia proces spalania, poprzez zamknięcie strumienia powietrza, niezbędnego do spalania oraz poprzez stworzenie na powierzchni rusztu zgorzelin utrudniających swym kształtem przesypywanie się popiołu do komory popielnikowej. Ruszt taki wymaga częstej obsługi polegającej na rozbiciu spieków i usunięciu zgorzelin. Takie zjawisko stawiało wyzwania przed konstruktorami i projektantami. Szukano rozwiązań w kształcie paleniska, sposobie dawkowania powietrza, czy chemicznym wytwarzaniu dodatków d o paliw zapobiegających spiekaniu. Osiągnięte rezultaty były połowiczne, udawało się poprawiać przebieg procesu spalania, ale problemu nie rozwiązano. Osiągnięte wyniki budziły wątpliwości w udaną próbę znalezienia rozwiązania, które będzie skuteczne a jednocześnie cenowo akceptowalne przez rynek komunalno-bytowy i małej energetyki. Skonstruowanie skutecznego urządzenia spalającego paliwa stałe w tym biopaliwa w formie urządzeń bezobsługowych, bezpośrednio mogących konkurować z urządzeniami spalającymi paliw ciekłe jest nadal pragnieniem każdego producenta. Zaznaczyć należy, że chodzi tu o spalanie paliw szeroko dostępnych na rynku, lecz nie koniecznie selekcjonowanych pod względem warunków spiekania.

Istnieje rozwiązanie, przedstawione w zgłoszeniu patentowym nr P 378 724, stosowane w palnikach paliw stałych, w których ruszt dolnego zasypu w postaci pierścienia lub prostokąta z perforacją jest napędzany przez mechanizm napędowy. To rozwiązanie częściowo rozwiązało problem powstania żużla nad palnikiem, lecz nie wystarczająco skutecznie zapobiega tworzeniu żużli koksowych.

Podczas procesu spalania, wypiętrzające się złoże paliwa spala się głównie w strefie przyściennej palnika, strefa centralna złoża nie zostaje dopalona. Powoduje to przemieszczanie się nie spalonego paliwa do komory popielnikowej, straty w bilansie energetycznym urządzenia.

W Polsce znajdują się duże ilości węgli gazowych typu 33, w których liczba Ri znajduje się w zakresie 40-55 i więcej. Jest to wartość, która eliminuje te węgle w zastosowaniu w małej energetyce, mimo bardzo korzystnych innych parametrów, jak kaloryczność 29 MJ oraz niskie zawartości siarki i popiołu (np. KWK Jankowice, czy Sośnica Makoszowy).

Dzieje się tak ze względu na tworzenie się spieków koksowych i żużlowych. Jedne i drugie mocno pogarszają warunki spalania, a czasami w ogóle uniemożliwiają proces, poprzez duże zmniejszanie sprawności lub niedopuszczalnego niedopału w popiele. Warunki powstawania przywołanych spieków są różne, spieki koksowe są konsekwencją rodzaju węgla, za który to czynnik odpowiada właśnie liczba Ri, która przy wielkości powyżej 40 zbliża charakterystykę węgla do węgli koksujących. W palenisku palnika wygląda to tak, że przy ściankach palnika, gdzie znajdują się otwory powietrzne, następuje duże napowietrzenie i proces palenia jest zachowany, natomiast środek palnika, gdzie powietrza jest znacznie mniej, a występuje temperatura z części brzegowej palnika, następuje typowe skoksowanie opału, natomiast nie dochodzi do jego spalenia. Wynika to z geometrii spieku, tworzącego powiększone kanały w których przepływają duże ilości powietrza, nie biorące udziału w procesie spalania a schładzające warstwę paliwa i spalin pogarszając sprawność spalania i wymiennika. Schładzanie gazów i wymiennika powoduje niedopał substancji lotnych znajdujących się w opale, czego efektem jest wytracanie sadzy na wymienniku kotła oraz czarny dym wydobywający się z kom ina. Występowanie spieków żużlowych jest przyczyną niskiej temperatury mięknienia i topnienia popiołu (charakterystyka węgli) lub nadmiernego obciążenia paleniska. Wysoka temperatura spalania powoduje zlepianie związków mineralnych popiołu, tworząc spieki żużla dużych rozmiarów blokujące wydobywanie węgla z palnika tworząc blokady zmniejszające warunki przepływu gazów przez paleniPL 224 532 B1 sko. W efekcie, bez ręcznej interwencji zjawisko to uniemożliwia proces palenia lub powoduje cofanie spalania w głąb palnika powodując wydymanie z zasobnika paliwa, a nawet jego zapłon. Taki stan należy już do poważnych zagrożeń zdrowia i życia.

Przedstawione poniżej rozwiązanie eliminuje te wady i niedogodności.

Istota wynalazku, którym jest zespół do zagęszczania paliwa stałego i kruszenia powstałych w procesie żużli, powstałych na ruszcie w procesach spalania w urządzeniach grzewczych na paliwo stałe, znamienny tym, że nad palącym się złożem, korzystnie w osi głównej rusztu, ma zagęszczacz złoża, zamocowany na mechanizmie przemieszczania pionowego.

Są rozwiązania, gdzie zagęszczaczem złoża jest płyta, mająca powierzchnię styku ze złożem w postaci płaskiego dysku.

Istnieją też rozwiązania, gdzie zagęszczaczem złoża jest płyta, mająca powierzchnię styku ze złożem w postaci wypukłej.

W innych konstrukcjach zagęszczaczem złoża jest płyta, mająca powierzchnię styku ze złożem w postaci wklęsłej.

Poza tym, istnieją zagęszczacze, którymi są przestrzenne elementy z wewnętrzną komorą, przewodami połączoną z płaszczem wodnym. W niektórych konstrukcjach mechanizmem przemieszczenia pionowego jest zespół napędzany silnikiem elektrycznym poprzez ramię, mające w strefie skrajnej rolkę, osadzone na wale napędzającym, przy czym zespół prowadnicowy stanowią dwa wsporniki, mające na powierzchniach skierowanych ku sobie prowadniki rolek, zamocowanych w skrajnych strefach prowadnika, będącego wzdłużnym elementem z wzdłużną szczeliną do przemieszczania się rolki ramienia, ponadto do prowadnika zamocowany jest na osi łącznik zagęszczacza, złoża.

Dodatkowo, w niektórych konstrukcjach mechanizmem przemieszczenia pionowego jest dźwignia, połączona przegubem z cięgnem zagęszczacza złoża.

Stosowane są również zagęszczacze, gdzie mechanizmem przemieszczenia pionowego jest mechanizm napędu linki, połączonej poprzez układ zbloczy z zagęszczaczem złoża.

Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku, uzyskano następujące efekty techniczno-użytkowe:

- stałe wzruszanie masy spalanego materiału,

- zwiększenie powierzchni spalania i jednocześnie zmniejszenie grubości warstwy paliwa, pozwala na spalanie paliwa w całej objętości paliwa na ruszcie,

- zwiększenie możliwości nadmuchu powietrza przez warstwę paliwa o niższej wysokości,

- zabezpieczenie spalanego materiału przed przetworzeniem w zlepiający żużel, zamykający szczeliny rusztu, przez co zmniejszała się efektywność nadmiaru dostarczania powietrza do przestrzeni spalania,

- dostarczanie do masy spalanego materiału perforacją dodatkowego powietrza, przy jednoczesnym wzruszaniu tej masy, powoduje zwiększenie efektywności spalania,

- wyeliminowanie konieczności częstego oczyszczania powierzchni rusztu,

- umożliwienie samooczyszczania się rusztu z popiołów poprzez przesypywanie do komory popielnikowej, podczas wzruszania zagęszczaczem,

- możliwość zastosowania zarówno do rusztów o zarysie kołowym, jak i wzdłużnym,

- możliwość stosowania dowolnych zespołów przemieszczenia zagęszczacza,

- możliwość stosowania zespołów przemieszczenia zarówno z napędem mechanicznym, sterowanym zewnętrznie przez sterowniki, jak i napędem ręcznym,

- możliwość stosowania do rusztów o dowolnym wymiarze,

- bezobsługowość,

- niskie koszty wykonania,

- wykorzystywanie zagęszczacza jako deflektora spalin, powodującego skierowanie nagrzanych spalin w kierunku złoża, co poprawia warunki spalania,

- możliwość zastosowania urządzenia w różnych paleniskach zarówno z podawaniem paliwa w sposób mechaniczny, jak i ręczny,

- zwiększanie sprawności urządzeń z zastosowaniem zagęszczacza żaru (system FaS Press) poprzez eliminowanie niedopału w popiele i obniżenie wolnego tlenu w spalinach,

- stosowanie układu zagęszczania żaru podnosi sprawność spalania również w paliwach kwalifikowanych, gdzie nie zachodzi zjawisko spiekania żużli lub jest ono niskie,

PL 224 532 B1

- tak wyraźne rozdrobnienie popiołu umożliwia przyjęcie jego większej ilości przez zasobnik, umożliwiając wydłużenie czasu między obsługową urządzenia,

- napęd układu można wykorzystać do przeniesienia na inne mechanizmy, np. mechanicznego czyszczenia wymiennika,

- proste rozwiązanie, nie wymagające od użytkownika korzystania ze specjalistycznego serwisu,

- dostępność części zamiennych na rynku,

- pomimo kompatybilności układu z urządzeniem grzewczym jego zatrzymanie nie warunkuje zatrzymania kotła, czy innego urządzenia grzewczego.

Przedmiot wynalazku, w przykładowym, lecz nie wyczerpującym wykonaniu, uwidoczniono w schematach na rysunku. Wynalazek ten pokazano na jednym z wykonań, którym jest kocioł centralnego ogrzewania na paliwo stałe.

Na figurze 1 pokazano kocioł w przekroju w płaszczyźnie prostopadłej do osi transportera pal iwa, i przechodzącą przez oś cięgna zagęszczacza, zaś na fig. 2 pokazano mechanizm przemieszczania pionowego z zagęszczaczem w perspektywie równoległej w jednej z odmian wykonania, na fig. 3 pokazano w schemacie zagęszczacz w odmianie wykonania z dźwigniowym mechanizmem przemieszczenia pionowego, na fig. 4 pokazano w schemacie zagęszczacz w odmianie wykonania z rolkowym mechanizmem przemieszczenia pionowego, zaś na fig. 5 pokazano w schemacie zagęszczacz w odmianie wykonania z bębnowym mechanizmem przemieszczenia pionowego, natomiast na fig. 6 pokazano zagęszczacz w odmianie wykonania z wewnętrzną komorą na medium.

Ze względu na znaczne szerokości komór paleniskowych zagęszczacz może się składać z szeregu mniejszych płyt zagęszczających, napędzany przez kilka napędów lub jeden z zespolonymi el ementami zagęszczającymi.

Kocioł centralnego ogrzewania na paliwo stałe ma komorę spalania 1 z płaszczem wodnym 2, w której usytuowany jest ruszt 3 dolnego zsypu z transporterem ślimakowym 4. Nad komorą spalania 1, korzystnie w osi głównej rusztu 3, ma usytuowany mechanizm przemieszczenia pionowego 5 zagęszczacza 6 złoża paliwa.

W jednej z odmian wykonania, uwidocznionej na fig. 2, mechanizm przemieszczania pionowego 5 napędzany jest silnikiem elektrycznym 7 poprzez ramię 8, mające w strefie skrajnej rolkę 9, osadzone na wale napędzającym 10. Prowadnicami są dwa wsporniki 11, mające na powierzchniach skierowanych ku sobie prowadniki 12 rolek 13. Rolki 13 zamocowane są w skrajnych strefach prowadnika 14 będącego wzdłużnym elementem z wzdłużną szczeliną 15 do przemieszczania się rolki 9 ramienia 8. Do prowadnika 14 zamocowany jest w jego dolnej strefie na osi 16 łącznik 17 zagęszczacz 6 złoża paliwa. Zagęszczaczem 6 złoża paliwa jest płyta, mająca powierzchnię styku ze stożkiem paliwa, korzystnie w postaci płaskiej.

Istnieją odmiany wykonania, gdzie płytka zagęszczacza 6 ma powierzchnię wypukłą lub wklęsłą, w zależności od innych charakterystyk paliwa.

W jednej z odmian wykonania, pokazanej na fig. 6, zagęszczaczem 6 złoża jest przestrzenny element z wewnętrzną komorą 24, przewodami 25 połączoną z płaszczem wodnym 2.

W odmianie wykonania, uwidocznionej na fig. 3, zagęszczacz 6 złoża połączony jest z mechanizmem przemieszczenia pionowego, którym jest cięgno 18 z dźwignią 19.

W odmianie wykonania, uwidocznionej na fig. 4, zagęszczacz 6 złoża połączony jest z mechanizmem przemieszczenia pionowego, którym jest linka 20, połączona poprzez układ zbloczy 21 z mechanizmem napędowym 22.

W odmianie wykonania, uwidocznionej na fig. 5, zagęszczacz 6 złoża połączony jest z mechanizmem przemieszczenia pionowego, którym jest linka 20, połączona z bębnem nawijającym.

Złoże, wytworzone w procesie dostarczania paliwa nad ruszt 3, spala się głównie w strefie brzegowej i powierzchniowej, powodując w strefie wgłębnej proces żużlowania paliwa, obniżającego efektywność kotła lub pieca. Złoże to jest rozgniatane zagęszczaczem 6.

W jednej z odmian wykonania, sterowany przez sterownik, nie uwidoczniony na rysunku, silnik elektryczny, powoduje obrót ramienia 8 wokół wału napędowego 10. Rolka 9 ramienia 8 przemieszcza się w szczelinie 15, unosząc prowadnik 14. Prowadnik 14 przemieszcza się na rolkach 13 w prowadnikach 12 wsporników 11. Unoszony ku górze zagęszczacz 6 umożliwia wytworzenie się złoża paliwa na ruszcie 3.

Opuszczenie zagęszczacza 6 w dolne, skrajne położenie, powoduje zgniecenie złoża paliwa, zmniejszenie grubości warstwy paliwa, a tym samym umożliwienie penetracji płomienia w całej objęt ości paliwa, co zwiększa efektywność procesu spalania.

PL 224 532 B1

W jednej z odmian wykonania, zagęszczacz 6 przemieszcza się poprzez ruch dźwigni 19.

W kolejnej odmianie wykonania, zagęszczacz 6 przemieszcza się poprzez ruch linki 20, która jest zwijana lub rozwijana przez mechanizm napędowy 22.

W następnej odmianie wykonania, zagęszczacz 6 przemieszcza się poprzez ruch linki 20, która jest zwijana lub rozwijana przez bęben nawijający 23.

W następnej z odmian wykonania, zagęszczacz 6 jest chłodzony przez medium będące w obiegu kotła.

Ze względu na znaczne szerokości komór paleniskowych, zagęszczacz 6 może się składać z szeregu mniejszych płyt zagęszczających, napędzany przez kilka napędów lub jeden z zespolonymi elementami zagęszczającymi.

Zagęszczacz 6 może mieć powierzchnię styku ze złożem z żeliwa lub z wykładziną ceramiczną.

Claims (9)

1. Zespół do zagęszczania paliwa stałego i kruszenia powstałych w procesie żużli, powstałych na ruszcie w procesach spalania w urządzeniach grzewczych na paliwo stałe, znamienny tym, że nad palącym się złożem, korzystnie w osi głównej rusztu (3), ma zagęszczacz (6) złoża, zamocowany na mechanizmie przemieszczania pionowego (5).

2. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że zagęszczaczem (6) złoża jest płyta, mająca powierzchnię styku ze złożem w postaci płaskiego dysku.

3. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że zagęszczaczem złoża (6) jest płyta, mająca powierzchnię styku ze złożem w postaci wypukłej.

4. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że zagęszczaczem złoża (6) jest płyta, mająca powierzchnię styku ze złożem w postaci wklęsłej.

5. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że zagęszczaczem złoża (6) jest przestrzenny element z wewnętrzną komorą (24), przewodami (25) połączoną z płaszczem wodnym (2).

6. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że mechanizmem przemieszczenia pionowego (5) jest zespół napędzany silnikiem elektrycznym (7) poprzez ramię (8), mający w strefie skrajnej rolkę (9), osadzoną na wale napędzającym (10), przy czym zespół prowadnicowy stanowią dwa wsporniki (11), mające na powierzchniach skierowanych ku sobie prowadniki (12) rolek (13), zamocowanych w skrajnych strefach prowadnika (14), będącego wzdłużnym elementem z wzdłużną szczeliną (15) do przemieszczania się rolki (9) ramienia (8), ponadto do prowadnika (14) zamocowany jest na osi (16) łącznik (17) zagęszczacza (6) złoża.

7. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że mechanizmem przemieszczenia pionowego (5) jest dźwignia (19), połączona przegubem z cięgnem (18) zagęszczacza (6) złoża.

8. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że mechanizmem przemieszczenia pionowego (5) jest mechanizm napędu linki (20), połączonej poprzez układ zbloczy (21) z zagęszczaczem (6) złoża.

9. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że mechanizmem przemieszczenia pionowego (5) jest bęben (23) nawijający linkę (20) połączoną z zagęszczaczem (6) złoża.