PL240454B1 - Radiacyjna komora paleniskowa na paliwo gazowe - Google Patents

Abstract

Radiacyjna komora paleniskowa na paliwo gazowe charakteryzuje się tym, wewnątrz radiacyjnej komory paleniskowej (RKP) znajduje się kolumna promiennikowa (KP) wykonana z ceramicznej masy porowatej (MP), wewnątrz której znajduje się centralnie usytuowany kanał (K) doprowadzający mieszaninę paliwa gazowego i utleniacza (GP), pod ciśnieniem umożliwiającym jej przepływ przez masę porowatą (MP), do strefy spalania homogenicznego.

Description

PL 240 454 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest radiacyjna komora paleniskowa kotła na paliwo gzowe znajdującego zastosowanie w energetyce ciepłowniczej na potrzeby gospodarki komunalnej, gdzie czynnik obiegowy jest ogrzewany do celów grzewczych centralnego ogrzewania lub jako ciepła woda użytkowa.

Dotychczas znane są rozwiązania konstrukcyjne komór paleniskowych na paliwo gazowe, w których proces spalania zachodzi przy udziale palników gazowych o różnorodnej konstrukcji. Generalnie palniki gazowe można podzielić na palniki inżektorowe i nadmuchowe z pełnym lub częściowym wstępnym wymienianiem paliwa i utleniacza. Paliwo spalane jest w płomieniu gazowym a produkty spalania - gorące spaliny, przekazują swą energię cieplną czynnikowi obiegowemu w konwekcyjnym wymienniku ciepła. Wadą takich rozwiązań jest kontakt płomienia z zimnymi ściankami komory paleniskowej co skutkuje gorszym jakościowo spalaniem - spaliny zawierają tlenek węgla a na powierzchniach wymiennika ciepła pojawia się sadza. Spada sprawność energetyczna kotła a spaliny zawierające tlenek węgla mają własności trujące dla organizmów żywych. Praca palnika gazowego generuje hałas, który jest uciążliwy dla otoczenia.

Dotychczas brak jest rozwiązań radiacyjnej komory paleniskowej na paliwo gazowe, w której wymiana ciepła odbywa się głównie na drodze promieniowania.

Znane są rozwiązania konstrukcyjne kotłów, zawierających urządzenia zwiększające ich sprawność cieplną przy czym sprawność cieplna kotła równa jest iloczynowi sprawności cieplnej komory paleniskowej i wymiennika ciepła. Nowe rozwiązania konstrukcyjne dotyczą polepszenia pracy palników gazowych oraz polepszenia sprawności cieplnej konwekcyjnych wymienników ciepła. Zadaniem nowych konstrukcji palników gazowych jest bardzo dobre wymieszanie paliwa i utleniacza oraz zapewnienie stabilnej pracy palnika dla zmiennych parametrów paliwa. Dzięki temu spalanie będzie całkowite i zupełne a sprawność cieplna komory paleniskowej wzrośnie. W celu dobrego wymieszania paliwa z utleniaczem, w palnikach gazowych stosuje się dużą turbulencję wypływających gazów przez co znacznie wzrasta poziom hałasu.

W amerykańskim opisie patentowym US2013092105 w konwekcyjnych wymiennikach ciepła energia przekazywana jest od strumienia gorących spalin do czynnika obiegowego. Sprawność komory paleniskowej zależy od jakości spalania paliwa gazowego. Dąży się do tego, aby spalanie było całkowite i zupełne. Dotychczasowe rozwiązania komór paleniskowych koncentrują się na jakości spalania paliwa. Jednak zwiększenie mocy danego kotła, powyżej mocy znamionowej, powoduje wzrost ilości spalanego paliwa, zwiększa się strefa spalania poprzez wzrost objętości płomienia, następuje kontakt płomienia ze ściankami komory paleniskowej przez co pogarsza się jakość spalania i w efekcie obniża się sprawność cieplna. Dotychczasowe konstrukcje komór paleniskowych nie zapewniają generowania w nich dużej ilości energii na jednostkę objętości komory przy jednoczesnym zapewnieniu wysokiej jakości spalania paliwa gazowego. Stosunkowo duża objętość komór paleniskowych wynika z konieczności zmieszczenia w nich płomienia - obszaru spalania, który zmienia się wraz z obciążeniem kotła.

Opisane niedogodności doprowadziły do szukania nowych rozwiązań, które zapewniłyby wzrost ilości energii generowanej w kotle na jednostkę objętości komory paleniskowej przy jednoczesnym zapewnieniu jej wysokiej sprawności cieplnej. W efekcie wzrost mocy kotła nie będzie związany ze wzrostem jego wielkości.

Celem wynalazku jest polepszenie jakości spalania paliwa gazowego, redukcja objętości komory paleniskowej oraz redukcja hałasu pracy kotła poprzez likwidację palnika gazowego i zastąpienie go ceramiczną masą porowatą.

Cel ten można osiągnąć poprzez realizację rozwiązania zgodnie z wynalazkiem.

Radiacyjna komora paleniskowa na paliwo gazowe charakteryzuje się tym, że wewnątrz radiacyjnej komory paleniskowej znajduje się kolumna promiennikowa wykonana z ceramicznej masy porowatej, wewnątrz której znajduje się centralnie usytuowany kanał doprowadzający mieszaninę paliwa gazowego i utleniacza.

Korzystnie radiacyjna komora paleniskowa według wynalazku charakteryzuje się tym, że na powierzchni zewnętrznej masy porowatej kolumny promiennikowej znajduje się żaroodporna stalowa siatka zabezpieczająca kolumnę promiennikową przed uszkodzeniem.

Korzystnie radiacyjna komora paleniskowa według wynalazku charakteryzuje się tym, że kolumna promiennikowa osadzona jest w gnieździe dolnym i w gnieździe górnym izolującym termicznie kolumnę promiennikową od konwekcyjnego wymiennika ciepła.

PL 240 454 B1

Korzystnie radiacyjna komora paleniskowa według wynalazku charakteryzuje się tym, że w ceramicznej masie porowatej znajdują się pory ukierunkowane promieniowo.

Korzystnym rozwiązaniem radiacyjnej komory paleniskowej według wynalazku jest likwidacja palnika gazowego i w zamian zastosowanie kolumny promiennikowej KP wykonanej z ceramicznej masy porowatej MP. Otworki w masie porowatej na jej zewnętrznej powierzchni pełnią funkcję zminiaturyzowanych palników, do których gazowa mieszanka palna dopływa porami wewnątrz ceramicznej masy porowatej. Nagrzana, od miniaturowych płomieni, masa porowata emituje promieniowanie cieplne Qr powodując ogrzewanie czynnika obiegowego W. W skutek braku długiego płomienia spalania paliwa gazowego maleje objętość komory paleniskowej, przez co rośnie ilość energii generowanej w jednostce objętości radiacyjnej komory paleniskowej. Wzrasta jakość spalania paliwa gazowego oraz eliminowany jest hałas jaki ma miejsce podczas pracy palnika gazowego. Te usprawnienia są niespotykane w konwencjonalnych rozwiązaniach.

Przedmiot wynalazku został uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia kocioł na paliwo gazowe z radiacyjną komorą paleniskową.

Radiacyjna komora paleniskowa na paliwo gazowe według wynalazku zbudowana jest z kolumny promiennikowej KP wykonanej z ceramicznej masy porowatej MP, wewnątrz której znajduje się centralnie usytuowany kanał K doprowadzający wymieszane paliwo gazowe z utleniaczem (gazową mieszankę palną) GP do porów znajdujących się w masie porowatej MP, którymi gazowa mieszanka palna przemieszcza się w kierunku powierzchni zewnętrznej masy porowatej znajdującej się w strefie spalania paliwa gazowego G. Na powierzchni zewnętrznej masy porowatej znajduje się siatka ze stali żaroodpornej SS wzmacniająca konstrukcję kolumny promiennikowej KP, która utwierdzona jest w radiacyjnej komorze paleniskowej za pomocą gniazda dolnego GD oraz gniazda górnego GG, przy czy w gnieździe dolnym jest otwór, przez który gazowa mieszanka palna GP przemieszcza się do kanału K. Gazowa mieszanka palna wytwarzana jest w komorze mieszalnikowej KM, gdzie mieszane jest paliwo gazowe G z tlenem zawartym w powietrzu P. Gaz palny G doprowadzany jest do komory mieszalnikowej KM przewodem PG, na którego końcu znajduje się zawirowywacz Z, którego celem jest wprowadzenie gazu palnego w ruch wirowy. Powietrze P doprowadzane jest do komory mieszalnikowej KM przewodem PP, na którego końcu znajdują się zawirowywacze Z. Turbulencja paliwa gazowego G i powietrza P ułatwia ich wzajemnemu wymieszaniu się w komorze mieszalnikowej KM. Wytworzone w strefie spalania saliny S przemieszczają się w kierunku kanałów KKWC konwekcyjnego wymiennika ciepła KWC.

Paliwo gazowe G przewodem PG doprowadzane jest do komory mieszalnikowej KM. Na końcu przewodu PG znajduje się zawirowywacz Z, którego zadaniem jest wywołanie turbulencji w paliwie gazowym. W tym samym czasie przewodem PP przepływa powietrze do komory mieszalnikowej KM, wcześniej również wprowadzone w ruch wirowy przez zawirowywacze Z. Gaz palny G i powietrze P mieszają się w komorze mieszalnikowej KM i powstaje mieszanka paliwowo powietrzna PG, która przemieszcza się do kanału K, usytuowanego centralnie w kolumnie promiennikowej KP zbudowanej z ceramicznej masy porowatej MP, i dalej porami w ceramicznej masie porowatej MP przemieszcza się w kierunku jej powierzchni zewnętrznej MPA, gdzie znajduje się strefa spalania homogenicznego SH. Warstwa powierzchniowa ceramicznej masy porowatej ogrzewa się ciepłem generowanym w strefie spalania homogenicznego i w efekcie jej temperatura rośnie. Rozgrzana powierzchnia zewnętrzna MPA ceramicznej masy porowatej MP wysyła energię promieniowania cieplnego Qr w kierunku powierzchni wewnętrznej PO radiacyjnej komory paleniskowej RKP ogrzewając czynnik obiegowy W. Wytworzone w strefie spalania homogenicznego SH gorące spaliny S przemieszczają się w kierunku kanałów KKWC konwekcyjnego wymiennika ciepła KWC gdzie przekazują energię cieplną czynnikowi obiegowemu. Wychłodzone spaliny gromadzą się w komorze spalinowej KS skąd odprowadzane są na zewnątrz. Na powierzchni zewnętrznej MPA ceramicznej masy porowatej MP kolumny promiennikowej KP znajduje się żaroodporna siatka stalowa SS, której zadaniem jest zabezpieczyć kolumnę promiennikową KP przed uszkodzeniem w przypadku wystąpienia dużych naprężeń termicznych w ceramicznej masie porowatej MP. Taki sytuacja może mieć miejsce przy nagłym ochłodzeniu atmosfery radiacyjnej komory paleniskowej np. podczas jej otwarcia i wpuszczenia zimnego powietrza do jej wnętrza. Kolumna promiennikowa KP utwierdzona jest w radiacyjnej komorze paleniskowej za pomocą gniazda dolnego GD oraz gniazda górnego GG termicznie izolującego ją od konwekcyjnego wymiennika ciepła KWC.

Claims (4)

1. PL 240 454 B1

   Zastrzeżenia patentowe

   1. Radiacyjna komora paleniskowa na paliwo gazowe znamienna tym, że wewnątrz radiacyjnej komory paleniskowej (RKP) znajduje się kolumna promiennikowa (KP) wykonana z ceramicznej masy porowatej (MP), wewnątrz której znajduje się centralnie usytuowany kanał (K) doprowadzający mieszaninę paliwa gazowego i utleniacza (GP).
2. 2. Radiacyjna komora paleniskowa według zastrz. 1, znamienna tym, że na powierzchni zewnętrznej (MPA) masy porowatej (MP) kolumny promiennikowej (KP) znajduje się żaroodporna stalowa siatka (SS) zabezpieczająca kolumnę promiennikowa przed uszkodzeniem.
3. 3. Radiacyjna komora paleniskowa według zastrz. 1, znamienna tym, że kolumna promiennikowa (KP) osadzona jest w gnieździe dolnym (GD) i w gnieździe górnym (GG) izolującym termicznie kolumnę promiennikową (KP) od konwekcyjnego wymiennika ciepła (KWC).
4. 4. Radiacyjna komora paleniskowa według zastrz. 1, znamienna tym, że w ceramicznej masie porowatej (MP) znajdują się pory ukierunkowane promieniowo.