PL224811B1

PL224811B1 - Movable deflector of solid fuel fired boiler with automatic feeding of fuel

Info

Publication number: PL224811B1
Application number: PL406284A
Authority: PL
Inventors: Rafał Urbaniak; Jarosław Bartoszewicz; Leon Bogusławski
Original assignee: Politechnika Poznańska
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2017-02-28
Also published as: PL406284A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest ruchomy deflektor na paliwa stałe z automatycznym podawaniem paliwa. Rozwiązanie techniczne według wynalazku pozwala na współpracę z większością produkowanych kotłów pod warunkiem wcześniejszej modyfikacji komory paleniskowej w postaci wykonania d odatkowego otworu przelotowego w płaszczu wodnym, który posłuży do montażu mechanizmu napędowego ruchomego deflektora.The subject of the invention is a movable solid fuel deflector with automatic fuel feed. The technical solution according to the invention allows for cooperation with the majority of boilers produced, provided that the furnace chamber is previously modified in the form of an additional through hole in the water jacket, which will be used to install the drive mechanism of the movable deflector.

Z uwagi na specyfikę procesu spalania paliw stałych pochodzenia węglowego i znaczne ilości lotnych części palnych wchodzących w ich skład, konieczne jest wprowadzanie dodatkowych układów, które umożliwią dopalenie palnych gazów w celu uzyskania spalania całkowitego i zupełnego. Obecnie w tym celu większość producentów kotłów na paliwa stałe stosuje dodatkowy element charakteryzujący się dużą pojemnością cieplną, który nosi nazwę deflektora.Due to the specificity of the combustion process of coal-derived solid fuels and the significant amounts of volatile combustible parts they contain, it is necessary to introduce additional systems that will allow the combustion of combustible gases in order to obtain complete and complete combustion. Currently, for this purpose, most manufacturers of solid fuel boilers use an additional element with a large heat capacity, which is called a deflector.

Urządzenie to pełni szereg funkcji poprawiających jakość procesu spalania takich jak:This device performs a number of functions that improve the quality of the combustion process, such as:

• rozbija płomień z palnika, • tworzy nielaminarny przepływ spalin - zmienia przepływ spalin i „wydłuża” ich czas przebywania w komorze paleniskowej, • chroni górną część komory paleniskowej przed bezpośrednim działaniem płomieni, • zwiększa udział promieniowania w procesie wymiany ciepła w komorze paleniskowej, • nagrzany do wysokiej temperatury - kumuluje energię cieplną w swojej masie i wspomaga proces dopalania niespalonych cząstek paliwa.• breaks the flame from the burner, • creates a non-laminar flow of exhaust gases - changes the flow of exhaust gases and "extends" their residence time in the furnace chamber, • protects the upper part of the furnace chamber against direct exposure to flames, • increases the proportion of radiation in the heat exchange process in the furnace chamber, • heated to high temperature - accumulates thermal energy in its mass and supports the process of burning unburned fuel particles.

W stanie techniki znane są i stosowane są deflektory wykonany z materiału o dużej pojemności cieplnej - żeliwo bądź ceramika - co pozwala na lepszą kumulację ciepła. Taki deflektor został przykładowo opisany w opisie polskiego wzoru użytkowego nr 65631 a jego konstrukcji dotyczy deflektora nieruchomego wyposażonego w dodatkowe otwory, które umożliwiają poprawę parametrów emisyjnych kotła w trakcie spalania paliw stałych. Z polskiego opisu patentowego nr 398524 znany jest ró wnież deflektor odprowadzający strumień ciepła od warstwy żaru, płomienia i spalin.The prior art knows and uses deflectors made of a material with high heat capacity - cast iron or ceramics - which allows for better heat accumulation. Such a deflector has been described, for example, in the description of the Polish utility model No. 65631, and its design relates to a fixed deflector equipped with additional holes that enable the improvement of the boiler's emission parameters during the combustion of solid fuels. The Polish patent description No. 398524 also describes a deflector that removes the heat flux from the layer of heat, flame and exhaust gases.

Deflektor jest elementem zazwyczaj zawieszony na łańcuchu, który pozwala na ręczną regulację wysokości montażu w zależności od wytycznych instalatora.The deflector is an element usually suspended on a chain, which allows you to manually adjust the mounting height depending on the installer's guidelines.

Prace prowadzone nad poprawą efektywności procesu spalania jednoznacznie wskazują na fakt, że kotły na paliwa stałe z automatycznym podawaniem paliwa w trakcie całego sezonu grzewczego zazwyczaj pracują w zakresie od 10 do 60% swojej mocy nominalnej (Urbaniak R., Bartoszewicz J., Analysis of enviromental burdens in automatic solid fuel fired boilers, Rynek Energii, Nr. 5, 2013). Sytuacja taka doprowadza do znacznego przekroczenia norm emisyjnych zarówno CO jak i CO2, co stanowi ogromne zagrożenie dla środowiska naturalnego. W sytuacjach tego typu główny problem stanowi objętość komory paleniskowej, w które odbywa się proces spalania. Komora ta jest definiowana jako przestrzeń od paleniska do powierzchni deflektora, boczne ściany komory stanowią jednocześnie komorę paleniskową. Z uwagi na fakt, że objętość komory paleniskowej została zaprojektowana dla nominalnej mocy grzewczej kotła, w sytuacji pracy z mocą cieplną na poziomie 30% mocy znamionowej, objętość komory paleniskowej jest zbyt duża. Prowadzi to do zaburzeń w procesie sp alania powodowanych przez nadmierne wychłodzenie deflektora z uwagi na jego stałą odległość od powierzchni paleniska i wzrost emisji tlenku węgla.The work on improving the efficiency of the combustion process clearly shows that solid fuel boilers with automatic fuel feeding during the entire heating season usually operate in the range from 10 to 60% of their nominal power (Urbaniak R., Bartoszewicz J., Analysis of enviromental burdens in automatic solid fuel fired boilers, Rynek Energii, No. 5, 2013). Such a situation leads to a significant exceedance of both CO and CO2 emission standards, which is a huge threat to the natural environment. In such situations, the main problem is the volume of the combustion chamber in which the combustion process takes place. This chamber is defined as the space from the furnace to the surface of the deflector, the side walls of the chamber are also the furnace chamber. Due to the fact that the volume of the combustion chamber has been designed for the nominal heating power of the boiler, the volume of the combustion chamber is too large when operating with a heat output of 30% of the rated power. This leads to disturbances in the combustion process caused by excessive cooling of the deflector due to its constant distance from the furnace surface and an increase in carbon monoxide emissions.

Jednocześnie do procesu spalania dostarczana jest zbyt wysoka ilość tlenu, który dodatkowo wpływa na obniżenie temperatury proces spalania i wzrost stężenia CO w spalinach wylotowych.At the same time, too much oxygen is supplied to the combustion process, which additionally reduces the temperature of the combustion process and increases the concentration of CO in the exhaust gas.

Wytyczony problem energetyczny rozwiązuje proponowany według wynalazku ruchomy deflektor do kotłów z automatycznym podawaniem paliwa.The outlined energy problem is solved by the movable deflector for boilers with automatic fuel feeding proposed according to the invention.

Rozwiązanie, według wynalazku umożliwia płynną regulację mocy cieplnej kotłów z autom atycznym podawaniem paliwa poprzez zmianę objętości komory spalania.The solution according to the invention enables smooth regulation of the thermal power of boilers with automatic fuel feeding by changing the volume of the combustion chamber.

Przedmiotom wynalazku jest ruchomy deflektor do kotłów z automatycznym podawaniem paliwa posiadający korpus i mechanizm napędowy. Korpus deflektora połączony jest z konstrukcją kotła. Część wewnętrzna deflektora natomiast połączona jest z korpusem poprzez element łączący i składa się z elementu centralnego oraz ścianek bocznych, wykonanych z materiału o dużej pojemności cieplnej. Ścianki boczne są połączone z mechanizmem napędowym za pomocą cięgien. Cięgna natomiast są elastycznie połączone ze ściankami bocznymi za pomocą zawiasów. Korzystnym rozwiązaniem jest kiedy mechanizm napędowy umieszczony jest w korpusie deflektora i w elemencie zabezpieczającym, który chroni elementy ruchome przed zabrudzeniem, a także przed wysoką temperaturą. Korzystnym jest także kiedy mechanizm napędowy napędzany jest układem motoreduktora zasilanegoThe subject of the invention is a movable deflector for automatic fuel feed boilers having a body and a drive mechanism. The deflector body is connected to the boiler structure. The internal part of the deflector is connected to the body through a connecting element and consists of a central element and side walls made of a material with high heat capacity. The side walls are connected to the drive mechanism by means of tie rods. The tendons, on the other hand, are flexibly connected to the side walls by means of hinges. An advantageous solution is when the drive mechanism is placed in the body of the deflector and in a safety element that protects the moving parts against dirt as well as against high temperatures. It is also advantageous when the drive mechanism is driven by a powered gear motor system

PL 224 811 B1 silnikiem połączonym z układem sterowania silnikiem. Korzystnym jest takie połączenie korpusu deflektora z konstrukcją kotła, które realizowane jest poprzez przelotowy otwór w ścianie komory paleniskowej i zamocowanie korpusu za pomocą śrub montażowych, które trzymają element mocujący.A motor connected to the motor control system. It is advantageous to connect the deflector body with the boiler structure through a through hole in the wall of the combustion chamber and fixing the body by means of assembly screws that hold the fixing element.

Podczas pracy kotła z mocą nominalną deflektor znajduje się na pozycji wyjściowej rozłożonej. W sytuacji zmniejszenia zapotrzebowania na energię cieplną, układ sterowania uruchamia silnik, który za pośrednictwem motoreduktora zwiększającego moment obrotowy powoduje obniżenie pozycji deflektora. Obniżenie deflektora powoduje zmniejszenie odległości pomiędzy elementami części wewnętrznej deflektora a powierzchnią paleniska. Umożliwia to poprawę parametrów procesu spalania przy obniżonej mocy cieplnej kotła. Dalsze obniżanie zapotrzebowania na moc cieplną powoduje p onowne uruchomienie silnika i dalszy ruch deflektora. Z uwagi na elementy ograniczające, nie możliwy jest dalszy ruch deflektora w kierunku paleniska. Konstrukcja elementu napędowego powoduje dalsze ograniczanie komory paleniskowej poprzez opuszczanie ścian bocznych deflektora. W tej pozycji, możliwa jest praca kotła z mocą minimalną przy zachowaniu poprawnych parametrów emisyjnych. Jest to spowodowane zmniejszeniem objętości komory paleniskowej i utrzymanie wysokiej temperatury na ścianach bocznych komory, które są jednocześnie ścianami deflektora. W sytuacji wzrostu zap otrzebowania na energię cieplną, dochodzi do sytuacji odwrotnej, w której układ sterowania włącza silnik w kierunku przeciwnym, co powoduje początkowo prostowanie ścianek bocznych deflektora, a następnie ruch powrotny całego deflektora do pozycji początkowej.During the boiler operation with the nominal power, the deflector is in the unfolded starting position. When the demand for thermal energy is reduced, the control system starts the engine, which, by means of a gear motor increasing the torque, lowers the position of the deflector. Lowering the deflector reduces the distance between the elements of the internal part of the deflector and the furnace surface. This enables the parameters of the combustion process to be improved at the reduced thermal power of the boiler. Further reduction of the demand for thermal power causes the engine to restart and the deflector to move further. Due to the limiting elements, it is not possible to move the deflector further towards the furnace. The design of the drive element further restricts the combustion chamber by lowering the side walls of the deflector. In this position, it is possible to operate the boiler with minimum power while maintaining correct emission parameters. This is due to the reduction of the volume of the combustion chamber and the maintenance of high temperature on the side walls of the chamber, which are also the walls of the deflector. In a situation of an increase in the demand for thermal energy, a reverse situation occurs, in which the control system turns on the engine in the opposite direction, which initially causes the side walls of the deflector to be straightened, and then the entire deflector to return to its original position.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawiono schematyczny widok komory paleniskowej, w której ruchomy deflektor znajduje się w pozycji wyjściowej, fig. 2 - schematyczny widok komory paleniskowej, w której ruchomy deflektora znajduje się w pozycji obniżonej, oraz fig. 3 - schematyczny widok komory paleniskowej, w której ruchomy deflektora znajduje się w pozycji końcowej z opuszczonymi ścianami bocznymi.The subject of the invention is shown in the embodiment in the drawing, in which fig. 1 shows a schematic view of the furnace chamber in which the movable deflector is in the starting position, fig. 2 - a schematic view of the furnace chamber in which the movable deflector is in a lowered position, and Fig. 3 is a schematic view of the combustion chamber in which the movable deflector is in its end position with the side walls lowered.

W komorze paleniskowej zamontowano standardowy palnik retortowy 14, połączony z wentylatorem nadmuchowym 6. W ściance komory paleniskowej 1 wykonano przelotowy otwór, przez który przechodzi korpus deflektora 7. Jest on połączony z konstrukcją kotła za pomocą śrub montażowych 3, które trzymają element mocujący 2. Po zewnętrznej stronie kotła zamontowano układ motoreduktora 4, który przenosi moment obrotowy z silnika 5 na elementy wykonawcze motoreduktora. Część wewnętrzna deflektora składa się z elementu centralnego 11 i ścianek bocznych 10, wykonanych z materiału o dużej pojemności cieplnej. Element łączący 8 służy do połączenia korpusu deflektora z elementem centralnym deflektora 11. Ścianki boczne 10 są połączone z mechanizmem napędowym za pomocą cięgien 9, które są elastycznie połączone ze ścianami bocznymi deflektora za pomocą zawiasów 12. Obniżenie pozycji deflektora przedstawione na fig. 2 powoduje zmniejszenie odległości pomiędzy elementami 10 i 11 a powierzchnią paleniska 13. Jednocześnie z uwagi na obniżenie deflektora z korpusu 7 wysuwa się dodatkowy element zabezpieczający 15.A standard retort burner 14 is installed in the furnace chamber, connected to a blower 6. A through hole is made in the wall of the furnace chamber 1 through which the deflector body 7 passes. It is connected to the boiler structure by means of assembly screws 3, which hold the fixing element 2. After on the outside of the boiler, a gear motor 4 system is mounted, which transmits the torque from the motor 5 to the actuator's actuators. The inner part of the deflector consists of a central element 11 and side walls 10 made of a material with high heat capacity. The connecting element 8 serves to connect the deflector body to the central element of the deflector 11. The side walls 10 are connected to the drive mechanism by means of tension members 9, which are flexibly connected to the side walls of the deflector by means of hinges 12. Lowering the position of the deflector shown in Fig. 2 reduces the distance between the elements 10 and 11 and the furnace surface 13. At the same time, due to the lowering of the deflector, an additional securing element 15 extends from the body 7.

Zastosowanie przedstawionego układu ruchomego deflektora umożliwia poprawną pracę kotła w szerokim zakresie mocy cieplnych przy utrzymaniu poprawnych parametrów emisyjnych.The use of the presented movable deflector system enables the boiler to operate correctly in a wide range of thermal powers while maintaining correct emission parameters.

Claims

1. Mobile solid fuel boiler deflector with automatic fuel feeding having a body and drive mechanism, characterized in that the deflector body (7) is connected to the boiler structure, and the deflector, connected to the deflector body (7) through a connecting element (8), consists of a central element (11) and side walls (10), made of a material with high heat capacity, the side walls (10) are connected to the drive mechanism by means of tension rods (9), and the rods (9) are flexibly connected with the side walls (10) by means of the hinges (12).

2. The movable deflector of claim 1, The device of claim 1, characterized in that the drive mechanism is housed in the deflector body (7) and the securing element (15).

3. The movable deflector of claim 1, A method as claimed in claim 1 or 2, characterized in that the drive mechanism is connected to a gear motor (4) powered by a motor (5) which is connected to a control system.

4. The movable deflector of claim 1, 1 or 2, or 3, characterized in that the connection of the deflector body (7) with the boiler structure is made through a through hole in the wall of the combustion chamber (1) and fastening by means of assembly screws (3) that hold the fixing element (2).