PL235854B1 - Zestaw grzewczy zbudowany z kotła zasilanego biomasą drzewną i energią elektryczną oraz z bufora cieczowego - Google Patents

Abstract

Zestaw grzewczy zbudowany z zespołu kotła (1) dolnego spalania, zasilanego biomasą drzewną i energią elektryczną oraz z zespołu bufora (2) do zasilania instalacji c.o., cieczowych nagrzewnic, wytwarzania c.w.u. a zwłaszcza do zasilania agregatów sorpcyjnych do wytwarzania wody lodowej. Charakteryzuje się tym, że zespół kotła posiada zintegrowany z nim mały obieg cieczy grzewczej wyposażony w pierwszy zawór temperaturowy (11) otwierający się przy niższej temperaturze i drugi zawór temperaturowy (12) otwierający się w wyższej temperaturze służący do wysokotemperaturowego ładowania zespołu bufora (2). Kocioł posiada podgrzewany prądem elektrycznym moduł grzewczy (34) zainstalowany w tylnej, dolnej części komory paliwowo-gazyfikacyjnej (6) służący również do rozpalania od tyłu kotła (1). W górnej część komory spalania (7) zamocowany jest deflektor (8) posiadający elementy grzejne (4) zasilane energią elektryczną. Powietrze pierwotne (p.p.) doprowadzane do komory paliwowo-gazyfikacyjnej (6) zasysane chrapami (31) umieszczonymi na górze kotła jest podgrzewane podczas przepływu pomiędzy ścianą (32) i ścianą (39). Zestaw grzewczy może również pracować tylko przy zasilaniu energią elektryczną. Zgłoszenie zmniejsza emisję zanieczyszczeń z kotła, a w szczególności emisję CO, węglowodorów CXHy i podwyższa jego sprawność cieplną.

Description

Przedmiotem wynalazku jest zestaw grzewczy zbudowany z kotła dolnego spalania biomasy drzewnej i bufora cieczowego stanowiącego pojemnik energii cieplnej. Wytwarzany w trakcie niezupełnego spalania w komorze paliwowo-powietrznej gaz drzewny jest spalany w komorze spalania po doprowadzeniu powietrza wtórnego.

Zestaw grzewczy może być stosowany do zasilania instalacji centralnego ogrzewania, cieczowych nagrzewnic, wytwarzania ciepłej wody użytkowej a zwłaszcza do zasilania agregatów sorpcyjnych do wytwarzania wody lodowej.

Do powyższych celów mogą być stosowane kotły współpracujące z buforami jak na przykład: „Kocioł centralnego ogrzewania, dolnego spalania, opalany drewnem” znany z opisu patentowego P.418103 zwłaszcza do współpracy z „Buforem cieczowym zbudowanym z jednego lub paru zbiorników z priorytetem cwu” - zgłoszenie patentowe P.418102.

W związku z wprowadzeniem podwyższonych wymagań między innymi w zakresie granicznych emisji tlenku węgla (CO), węgla organicznie związanego (CxHy -OGC) pozostałych z niezupełnego spalenia gazu drzewnego uzyskanego w komorze paliwowo-gazyfikacyjnej kotła konieczne jest:

- zwiększenie temperatury spalania,

- zwiększenie czasu przebywania gazu drzewnego w komorze gazyfikacyjnej i w komorze spalania,

- unikanie etapów „tlenia”, „żarzenia”, „trybów pracy urządzeń podtrzymania” lub gdy kocioł pracuje na obniżonej mocy,

- utrzymanie właściwego współczynnika nadmiaru powietrza; zbyt duży powoduje wychłodzenie spalin, obniżenie sprawności kotła oraz zwiększenie emisji CO i CxHy,

- używanie biopaliwa o jak najniższej zawartości wilgoci.

Temperatura spalania zawilgoconego gazu drzewnego przy dużym nadmiarze powietrza, przy szybkich przepływach gazów jest zbyt niska aby uzyskać minimalną zawartość CO i węglowodorów CxHy.

Zestaw grzewczy według wynalazku charakteryzuje się tym, że zbudowany jest z zespołu kotła złożonego z 4 sekcji: podgrzewanej prądem elektrycznym komory paliwowo-gazyfikacyjnej, komory spalania przysłoniętej od góry podgrzewanym elektrycznie deflektorem z zabudowanym w nim elementem grzejnym, płaszczyznowego wymiennika ciepła i małego obiegu cieczy grzewczej oraz z zespołu bufora energii cieplnej.

Komora paliwowo-gazyfikacyjna posiada obudowę wewnątrz której przepływa podgrzewane powietrze pierwotne zasysane chrapami z góry kotła. Powietrze to wpływa do wewnątrz komory paliwowo-gazyfikacyjnej szczelinami i otworami w ścianach bocznych oraz poprzez ruszt. Obudowa komory złożona jest z:

- wewnętrznej ściany zbudowanej z płyt suwliwie zamocowanych nakładających się na siebie na zakładkę ze szczelinami, którymi wydostaje się podgrzewane powietrze pierwotne (p.p.) z przestrzeni podgrzewanego powietrza,

- ścianek środkowych tworzących strefę nieruchomego powietrza,

- izolacji termicznej z wełny mineralnej.

Dostarczanie podgrzanego powietrza pierwotnego do procesu gazyfikacji biomasy drzewnej zwiększa jej temperaturę i przyspiesza rozpad węglowodorów CxHy, wydłuża czas ich przebywania w wyższych temperaturach i zapewnia pełniejsze spalanie w komorze spalania po dostarczeniu powietrza wtórnego.

Na dole tylnej przegrody poprzecznej komory paliwowo-gazyfikacyjnej zamocowany jest moduł grzewczy zasilany energią elektryczną, służący do podniesienia temperatury gazyfikacji i zapalenia paliwa „od tyłu” przy uruchamianiu kotła.

Komora spalania znajduje się w dolnej części pierwszego kanału spalinowego. Obudowana jest termoizolacyjną wykładziną ceramiczną w celu utrzymania wysokiej temperatury spalania. Na górze komory spalania zamocowany jest ceramiczny deflektor usytuowany pod kątem ostrym „a” do kierunku przepływu spalin przy czym może być on wyposażony w elementy grzejne zasilane energią elektryczną.

Trzecią sekcję kotła stanowi płaszczyznowy wymiennik ciepła przyjmującą energię cieplną ze spalin do cieczy grzewczej. Zbudowany jest z trzech pionowych kanałów, w których przepływają schładzane gazy spalinowe, przy czym drugi kanał posiada przegrodę zwiększającą powierzchnię wymiany ciepła i spowalniającą prędkość przepływu gazów.

PL 235 854 B1

Czwartą sekcję tworzy mały obieg cieczy grzewczej składający się z: pierwszego zaworu temperaturowego, zaworu regulacyjno-odcinającego, pompy obiegowej i zaworu zwrotnego.

Podczas rozpalania kotła lub dokładania paliwa do komory paliwowo-gazyfikacyjnej, w celu jej oddymienia używane są przepustnice spalin skracające drogę ich przepływu przez kocioł.

Zespół bufora zbudowany jest z jednego lub paru termoizolowanych zbiorników o dużej smukłości w celu uzyskania dobrej stratyfikacji termicznej. W skład zespołu bufora wchodzą:

- zbiornik z zainstalowanymi wewnątrz kolektorami doprowadzającymi w sposób nieburzliwy gorącą ciecz grzewczą do góry zbiornika i odbierającą zimną c.g. z dołu zbiornika podczas ładowania bufora,

- kolektor odbioru gorącej c.g. z przyłączem do zasilania agregatu sorpcyjnego poprzez zawór regulacyjno-odcinający,

- drugi zawór temperaturowy bufora otwierający się w wyższej temperaturze np. 80°C, tworzący obieg jego ładowania. Zastosowanie drugiego zaworu o wyższej temperaturze jego otwierania pozwala na większe naładowanie bufora,

- przyłącze do zasilania instalacji np. c.o. bezpośrednio z kotła lub z bufora poprzez zawór zwrotny bufora wyposażony w sprężynę.

Zestaw grzewczy według wynalazku charakteryzuje się wysoką sprawnością cieplną, niską emisją zanieczyszczeń z kotła w szczególności CO i węglowodorów CxHy. i może pracować przy zasilaniu tylko energią elektryczną bez spalania biomasy drzewnej.

Przedmiot wynalazku pokazano na przykładzie wykonania na rysunku, na którym:

Fig. 1 przedstawia przekrój pionowy przez zestaw grzewczy.

Fig. 2 przedstawia przekrój przez kocioł.

Fig. 3 przedstawia schemat zaworu zwrotnego ze sprężyną.

Fig. 4 przedstawia fragment przekroju przez boczną ścianę komory paliwowo-gazyfikacyjnej Zestaw grzewczy zbudowany jest z dwóch zintegrowanych zespołów: kotła 1 i bufora 2.

Zespół kotła 1 zbudowany jest z 4 sekcji:

- podgrzewanej prądem elektrycznym komory paliwowo-gazyfikacyjnej 6,

- komory spalania 7 przysłoniętej od góry podgrzewanym elektrycznie deflektorem 8 usytuowanym pod kątem ostrym a do kierunku przepływu spalin 15,

- płaszczyznowego wymiennika ciepła 21,

- małego obiegu 3 c.g.

Podgrzewana prądem elektrycznym komora paliwowo-gazyfikacyjna 6 obudowana jest wewnętrzną ścianą 32 zbudowaną z płyt 5 suwliwie zamocowanych, nakładających się na siebie na zakładkę 37 ze szczeliną 38. Umożliwia to ich swobodne rozszerzanie i kurczenie się pod wpływem zmian temperatury co zapobiega „wybrzuszaniu się” ściany. Pomiędzy ścianą 32 i ścianą środkową 26 wytworzona jest przestrzeń podgrzewanego powietrza 13. Podgrzewane p.p. zasysane od góry kotła chrapami 31 wskutek podciśnienia wytwarzanego przez komin wpływa do komory paliwowo-powietrznej 6 szczelinami 38 i otworami napowietrzającymi 22 oraz poprzez ruszt 30. Łącznie obudowa komory paliwowo-gazyfikacyjnej 6 składa się z:

- wewnętrznej ściany 32,

- przestrzeni podgrzewanego powietrza 13,

- ścianek środkowych 26 tworzących między sobą strefę nieruchomego powietrza 23,

- izolacji termicznej z wełny mineralnej 24,

W dolnej części tylnej przegrody poprzecznej 33 zainstalowany jest moduł grzewczy 34 ogrzewany prądem elektrycznym.

Komora spalania 7 znajduje się w dolnej części pierwszego kanału spalinowego. Obudowana jest termoizolacyjnymi płytami ceramicznymi 26 i przysłonięta od góry ceramicznym deflektorem 8 usytuowanym pod kątem ostrym a do kierunku przepływu spalin 15 przy czym posiada on elementy grzejne 4 zasilane energią elektryczną. Dopalanie podgrzewanego prądem elektrycznym gazu drzewnego w komorze spalania 7 następuje po dostarczeniu powietrza wtórnego p.w..

Płaszczyznowy wymiennik ciepła 21 zbudowany jest z trzech pionowych kanałów, w których przepływają schładzane gazy spalinowe, przy czym drugi kanał posiada przegrodę 25. Nad kanałami spalinowymi umieszczone są przepustnice spalin 27 otwierane podczas rozpalania kotła lub dokładania paliwa do komory paliwowo-gazyfikacyjnej 6 w celu jej oddymiania.

Mały obieg 3 c.g. złożony jest z pierwszego zaworu temperaturowego 11, zaworu regulacyjno-odcinającego 10, pompy obiegowej 28 i zaworu zwrotnego 29.

PL 235 854 B1

Zespół bufora 2 składa się z termoizolowanego zbiornika o dużej smukłości z zainstalowanymi wewnątrz:

- górnym kolektorem 14 spełniającym trzy funkcje: ładowania bufora z kotła poprzez przyłącze Z, zasilanie instalacji c.o. poprzez zawór zwrotny bufora 20 i przyłącze PR oraz zasilanie agregatu sorpcyjnego poprzez przyłącze AS 9 z zaworem regulacyjno-odcinającym 10,

- dolnym kolektorem 16 dołączonym do powrotu P do kotła,

Powyższe kolektory posiadają konstrukcje umożliwiającą nieburzliwe przepływy cieczy grzewczej.

Ładowanie bufora następuje po otwarciu się drugiego zaworu temperaturowego 12 po przekroczeniu jego znamionowej temperatury otwarcia wyższej od temperatury otwierania się pierwszego zaworu temperaturowego 11 kotła.

Zasilanie instalacji c.o. realizowane jest po włączeniu pompy odbioru mocy 17 zasysającej ciecz grzewczą przez zawór temperaturowy mieszający nastawny 18 z:

- kotła gdy otwarty pierwszy zawór temperaturowy 11,

- bufora poprzez zawór zwrotny 20 o nastawnym oporze otwierania, regulowanym napięciem sprężyny 35.

Uzyskuje się w ten sposób priorytet zasilania c.o. z kotła lub rozładowywania cieplnego „zładu kotła” po jego wygaszeniu. Pobór c.g. z bufora do celów c.o. jest możliwy po zamknięciu się pierwszego zaworu temperaturowego 11. Przykładowa instalacja c.o. zbudowana jest z pompy odbioru mocy 17, zaworu termostatycznego mieszającego nastawnego 18, zaworu termostatycznego 19 zapobiegającego powrotowi na dół bufora niewystarczająco schłodzonej c.g. i zaworów regulacyjno-odcinających 10.

Zintegrowany zespół kotła 1 łączony jest ze zintegrowanym zespołem bufora 2 dwoma złączami: zasilania Z i powrotu P.

Zestaw grzewczy może pracować przy zasilaniu tylko energią elektryczną modułu grzewczego 34 i deflektora 8. Wtedy dopływy powietrza pierwotnego p.p. i powietrza wtórnego p.w. powinny być zamknięte a zawór obejścia 36 otwarty.

Wykaz oznaczeń

- kocioł,

- bufor,

- mały obieg,

- element grzejny,

- płyta,

- komora paliwowo-gazyfikacyjna,

- komora spalania,

- deflektor,

- przyłącze AS,

- zawory regulacyjno-odcinające,

- pierwszy zawór temperaturowy,

- drugi zawór temperaturowy,

- przestrzeń podgrzewanego powietrza,

- górny kolektor,

- kierunek przepływu spalin,

- dolny kolektor,

- pompa odbioru mocy,

- zawór termostatyczny mieszający nastawny,

- zawór termostatyczny,

- zawór zwrotny bufora,

- płaszczyznowy wymiennik ciepła,

- otwory napowietrzające,

- nieruchome powietrze,

- wełna mineralna,

- przegroda,

- ścianka środkowa,

- przepustnica spalin,

- pompa obiegowa,

PL 235 854 B1

- zawór zwrotny,

- ruszt,

- chrapy,

- ściana,

- przegroda poprzeczna, 34 - moduł grzewczy, 35 - sprężyna, 36 - zawór obejścia, 37 - zakładka, 38 - szczelina,

p.p. - powietrze pierwotne, p.w. - powietrze wtórne, c.g. - ciecz grzewcza, Z - zasilanie, P - powrót, PR - przyłącze, a - kąt ostry.

Claims (5)

1. Zestaw grzewczy zbudowany z zespołu kotła złożonego z czterech sekcji: komory paliwowo-gazyfikacyjnej, komory spalania, płaszczyznowego wymiennika ciepła i małego obiegu cieczy grzewczej składającego się z przewodów z zamontowanymi na nich pierwszego zaworu temperaturowego, zaworu regulacyjno-odcinającego, pompy obiegowej i zaworu zwrotnego oraz z zespołu bufora złożonego ze zbiornika z zabudowanymi wewnątrz kolektorem dolnym i górnym połączonym poprzez drugi zawór temperaturowy z zasilaniem zespołu kotła znamienny tym, że komora paliwowo-gazyfikacyjna (6) obudowana jest wewnętrzną ścianą (32) z otworami napowietrzającymi (22) i ścianą środkową (26) tworzącymi między sobą przestrzeń podgrzewanego powietrza (13) przy czym przestrzeń ta połączona jest chrapami (31) z górą otoczenia tworząc czerpnię powietrza pierwotnego (p.p.).

2. Zestaw grzewczy według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że komora spalania (7) osłonięta jest od góry deflektorem (8) posiadającym elementy grzejne (4) zasilane energią elektryczną usytuowanym pod kątem ostrym (a) do kierunku przepływu spalin (15) ponadto na dole przegrody poprzecznej (33) odsłaniającej komorę spalania (7) zainstalowany jest moduł grzewczy (34).

3. Zestaw grzewczy według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że wewnętrzna ściana (32) zbudowana jest z suwliwie zamocowanych płyt (5) nakładających się na siebie na zakładkę (37) tworząc szczeliny (38) wypływu powietrza pierwotnego (p.p.).

4. Zestaw grzewczy według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że izolację termiczną bocznych i czołowej obudowy komory paliwowo-gazyfikacyjnej (6) tworzy przestrzeń podgrzewanego powietrza (13), warstwa nieruchomego powietrza (23) zamknięta pomiędzy ścianami (26) i warstwa wełny mineralnej (24).

5. Zestaw grzewczy według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że do kolektora górnego (14) podłączone są: przyłącze (PR) poprzez zawór zwrotny bufora (20) wyposażony w sprężynę (35) oraz przyłącze AS (9) z zaworem regulacyjno-odcinającym (10).