PL224789B1 - Kocioł centralnego ogrzewania na paliwo stałe - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest kocioł centralnego ogrzewania na paliwo stałe, mający zastosowanie do ogrzewania małych obiektów budowlanych, jak domy jednorodzinne, pawilony. Kocioł charakteryzuje się tym, że nad palnikiem (1) usytuowany jest pionowy kanał (5), zwiększający swą powierzchnię przekroju ku górze, przy czym kąt pochylenia tworzącej ścian bocznych pionowego kanału (5) względem osi pionowej ma wartość w granicach (15 - 45)°, korzystnie 30°, mający w ścianach bocznych kanały dolotowe powietrza dodatkowego, przy czym kanał połączony jest przewodem dolotowym z cyklonem (8), którego wylot usytuowany jest w komorze (9) wymiennika ciepła (3), połączonej następnie z czopuchem.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kocioł centralnego ogrzewania na paliwo stałe, mający zastosowanie do ogrzewania małych obiektów budowlanych, jak domy jednorodzinne, pawilony.

Przy projektowaniu kotłów centralnego ogrzewania na paliwo stałe, bardzo ważnym elementem, oprócz sprawności energetycznej, jest czystość spalin.

Istnieje wiele konstrukcji pieców, na paliwo stałe, które starają się rozwiązać powyższy problem.

Przedstawiony w zgłoszeniu patentowym P 403768 kocioł grzewczy centralnego ogrzewania, zwłaszcza na paliwo stałe, składa się z obudowy stalowej, w której znajduje się komora spalania z wymiennikiem ciepła. W komorze spalania zamontowane są zawirowacze spalin, zaś poniżej komory spalania oraz wymiennika ciepła znajdują się urządzenia automatyczne, usuwające popiół z kotła do popielnika zewnętrznego. Za komorą spalania, w wylocie spalin zamontowany jest rozłącznie katalizator, za którym zamocowany jest wentylator wyciągowy spalin.

Przedstawiony w opisie wzoru użytkowego W 120722 kocioł grzewczy centralnego ogrzewania na paliwo stałe mający płaszcz wodny, komorę popielnikową, komorę spalania i komorę konwekcyjną, charakteryzuje się tym, że komora konwekcyjna ma zewnętrzny kanał wodny o kształcie stylizowanej litery „U” połączony z tylną ścianą płaszcza wodnego kotła i wewnętrzny kanał wodny o kształcie odwróconej litery „U” połączony z tylną ścianą płaszcza wodnego kotła, a pomiędzy lewym i prawym ramieniem zewnętrznego kanału wodnego kotła i ścianami płaszcza wodnego kotła posiada dolne przegrody i górne przegrody, które połączone są z bocznymi ścianami i tylną ścianą płaszcza wodnego kotła oraz środkowe przegrody mające połączenie z bocznymi ścianami i tylną ścianą płaszcza 1 wodnego kotła.

Opisany w dokumentacji patentowej kocioł grzewczy, wodny na paliwo stałe charakteryzuje się tym, że posiada pionową główną przegrodę wodną, połączoną z górną i bocznymi ścianami płaszcza wodnego 1, oddzielającą komorę spalania od tylnej ściany płaszcza wodnego, pomiędzy którymi, w komorze spalin, jest usytuowany zespół 1-7 pionowych przegród wodnych, połączonych z bocznymi ścianami płaszcza wodnego, przy czym górna krawędź przegród usytuowana jest poniżej dolnej krawędzi otworu wylotu spalin, zaopatrzonego w filtr, zaś dolna krawędź głównej przegrody wodnej oraz poszczególnych przegród wodnych zespołu przegród usytuowana jest poniżej płaszczyzny korony palnika. Górna, wewnętrzna powierzchnia płaszcza wodnego, w strefie komory spalania, wyłożona jest ceramiczną warstwą izolacyjną. Otwór wyczystkowy usytuowany jest w górnej ścianie kotła, w strefie zespołu przegród wodnych.

Istota wynalazku, którym jest kocioł centralnego ogrzewania na paliwo stałe, mający palnik do spalenia paliwa, zaś komora spalania ma wymiennik ciepła, poza tym kocioł ma płaszcz wodny, polega na tym, że nad palnikiem usytuowany jest pionowy kanał, zwiększający swą powierzchnię przekroju ku górze, przy czym kąt pochylenia tworzącej ścian bocznych pionowego kanału względem osi pionowej ma wartość w granicach (15-45)°, korzystnie 30°, mający w ścianach bocznych kanały dolotowe powietrza dodatkowego, przy czym kanał połączony jest przewodem dolotowym z cyklonem, którego wylot usytuowany jest w komorze wymiennika ciepła, połączonej następnie z czopuchem.

Korzystnym jest też, gdy wymiennikiem ciepła jest wężownica, usytuowana obwodowo względem kanału pionowego i cyklonu.

Również korzystnym jest, gdy komora wymiennika ciepła otoczona jest płaszczem wodnym.

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

- konstrukcyjne rozdzielenie kotła na obszary spalania, dopalania spalin i odpylania, wymiany ciepła oraz akumulacji ciepła resztkowego po zakończeniu procesu spalania,

- wysoka czystość spalin poprzez grawitacyjne opadanie nie spalonych cząstek mineralnych na palnik,

- dodatkowe oczyszczenie strumienia spalin w cyklonie,

- możliwość zasilania palnika powietrzem z komory wymiennika ciepła,

- możliwość wykorzystania, w zależności od potrzeb, tylko kanału pionowego lub cyklonu,

- możliwość sterowania temperaturą poprzez podanie powietrza wtórnego do kanału pionowego,

- możliwość zasilania palnika powietrzem z komory wymiennika ciepła,

- wysoka sprawność cieplna kotła,

- małą bezwładność cieplna kotła,

- krótki czas na osiągnięcie temperatury roboczej kotła,

PL 224 789 B1

- akumulacja energii cieplnej wewnątrz cyklonu,

- łatwy montaż i demontaż elementów kotła,

- niskie koszty wytwarzania i eksploatacji kotła.

Przedmiot wynalazku, w przykładowym, lecz nie ograniczającym wykonaniu, uwidoczniono w schemacie na rysunku, przedstawiającym przekrój kotła w płaszczyźnie pionowej.

Kocioł centralnego ogrzewania na paliwo stałe, ma palnik 1 do spalenia paliwa, zaś komora spalania 2 ma wymiennik ciepła 3, poza tym kocioł ma płaszcz wodny 4. Nad palnikiem 1 usytuowany jest pionowy kanał 5, zwiększający swą powierzchnię przekroju ku górze, mający w ścianach bocznych kanały 6 dolotowe powietrza dodatkowego. Kąt pochylenia tworzącej ścian bocznych pionowego kanału 5 względem osi pionowej ma wartość w granicach (15-45)°, korzystnie 30°. Kanał 5 połączony jest przewodem dolotowym 7 z cyklonem 8, mającym otwór wyczystkowy, nie uwidoczniony na rysunku. Wylot cyklonu 8 usytuowany jest w komorze 9 wymiennika ciepła 3, połączonej następnie z czopuchem, nie uwidocznionym na rysunku.

Istnieją odmiany wykonania, gdzie wymiennikiem ciepła 3 jest wężownica, usytuowana obwodowo względem kanału pionowego 5 i cyklonu 8.

Istnieją również odmiany wykonania, gdzie komora 9 wymiennika ciepła 3 otoczona jest płaszczem wodnym 4.

Płomień z paleniska kierowany jest do izolowanego termicznie pionowego kanału 5 o zwiększającym się przekroju dobranym tak, że następuje równoważenie się sił - siły grawitacyjnej i siły wynikającej z przepływu gazów spalinowych. Cząstki mineralne, nie ulegające procesowi utleniania mogą być separowane/sedymentowane przez chwilową modulację ciągu lub przez czasowe doprowadzenie dodatkowego powietrza nad strefą fluidalną, przez co maleje przepływ powietrza w przekroju w którym gromadzi się pył mineralny/frakcja pyły „zgrubna”. Dla cząstek niedopału paliwa po ich dopaleniu cząstek siły aerodynamiczne przeważają i cząstka niedopału wędruje do izolowanego cyklonu 8 gdzie następuje jej dalsze dopalenie.

Parametry izolacji cyklonu 8 mogą być tak dobrane, że przy wzroście temperatury część ciepła przekazywana jest przez promieniowanie do wymiennika ciepła 3 tak aby utrzymywać temperaturę dopalania wewnątrz cyklonu 8 na pożądanym poziomie np. 850°C.

Dodatkowo temperatura dopalania może być obniżana przez doprowadzenie dodatkowego powietrza. W przypadku temperatury zbyt niskiej, powietrze zasilające palnik 1 ogrzewane jest przez ogrzewanie powietrza przez spaliny po wyjściu z cyklonu 8.

Wymiennik ciepła 3, w formie wężownicy, z rury gładkiej lub karbowanej, lub innej otacza zabudowany wewnątrz cyklon 8 dopalający i kanał dolotowy z funkcją dopalania większych cząstek niedopału. Całość - wymiennik ciepła 3 z cyklonem 8 otoczony jest płaszczem wodnym o objętości wodnej pozwalającej zakumulować ciepło zgromadzone wewnątrz cyklonu 8.

Powietrze pierwotne ma za zadanie rozpocząć proces gazyfikacji paliwa. Jego ilością kontrolujemy temperaturę na ruszcie palnika. Ilość gazu zależna jest od rozwinięcia powierzchni odgazowywanego paliwa (pelletu, granulatu) i temperatury złoża. Gaz z reakcji spalany jest powietrzem wtórnym palnika, z odzyskiem ciepła reakcji zgazowania. Rola dodatkowego powietrza doprowadzonego kanałem 6, to ograniczenie temperatury w dopalaczu/cyklonie - zbyt wysoka temperatura to nadmierna emisja NOx, zbyt niska to niedopalone węglowodory. Według literatury optymalna temperatura w tej strefie to 850°C.

Kanał powietrza 6 służy do stabilizacji temperatury w cyklonie i do okresowego strącenie średnich frakcji mineralnych popiołów dymnicowych.

Dodatkowe powietrze doprowadzane jest z atmosfery/wymuszenie wentylatorem wyciągowym/ przez otwarcie zaworu sterowanego sterownikiem kotła.

Przy czystych spalinach największy problem polega na modulowaniu mocy „na dół” w komorze jest pełna ilość paliwa, ograniczamy ilość powietrza pierwotnego w palniku, ale bezwładność cieplna strefy zgazowywania powoduje nadmiar gazu reakcji w stosunku do powietrza wtórnego. Kompensować to możemy powietrzem z kanału 6.

Claims (3)

Zastrzeżenia patentowe

1. Kocioł centralnego ogrzewania na paliwo stałe, mający palnik do spalenia paliwa, zaś komora spalania ma wymiennik ciepła, poza tym kocioł ma płaszcz wodny, znamienny tym, że nad palnikiem usytuowany jest pionowy kanał (5), zwiększający swą powierzchnię przekroju ku górze, przy czym kąt pochylenia tworzącej ścian bocznych pionowego kanału (5) względem osi pionowej ma wartość w granicach (15-45)°, korzystnie 30°, mający w ścianach bocznych kanały dolotowe (6) powietrza dodatkowego, przy czym kanał (5) połączony jest przewodem dolotowym (7) z cyklonem (8), którego wylot usytuowany jest w komorze wymiennika ciepła (3), połączonej następnie z czopuchem.

2. Kocioł według zastrz. 1, znamienny tym, że wymiennikiem ciepła (3) jest wężownica, usytuowana obwodowo względem kanału pionowego (5) i cyklonu (8).

3. Kocioł według zastrz. 1, znamienny tym że komora (9) wymiennika ciepła (3) otoczona jest płaszczem wodnym (4).