PL243395B1 - Flue gas recirculation system for solid fuel heating boilers - Google Patents
Flue gas recirculation system for solid fuel heating boilers Download PDFInfo
- Publication number
- PL243395B1 PL243395B1 PL438249A PL43824921A PL243395B1 PL 243395 B1 PL243395 B1 PL 243395B1 PL 438249 A PL438249 A PL 438249A PL 43824921 A PL43824921 A PL 43824921A PL 243395 B1 PL243395 B1 PL 243395B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- flue gas
- exhaust gas
- duct
- valve
- flue
- Prior art date
Links
Abstract
Przedmiotem wynalazku jest układ recyrkulacji spalin dla kotłów grzewczych małej mocy na paliwa stałe (1). Układ posiada zamontowany szczelnie na czopuchu (2) kotła grzewczego na paliwa stałe (1) zawór dystrybucji spalin (4), z czujnikiem do pomiaru temperatury spalin i zawartości tlenu, który to zawór (4) łączy się z przewodem kominowym (3) oraz z kanałem nawrotnym spalin (5), na którego końcu znajduje się wentylator (6), który połączony jest ujściem spalin z kanałem spalinowym (7) wprowadzającym recyrkulowane spaliny do komory spalania (8) nad spalane paliwo.The subject of the invention is an exhaust gas recirculation system for low-power solid fuel heating boilers (1). The system has an exhaust gas distribution valve (4) mounted tightly on the flue (2) of the solid fuel heating boiler (1), with a sensor for measuring exhaust gas temperature and oxygen content, which valve (4) connects to the chimney duct (3) and to exhaust gas reversal duct (5), at the end of which there is a fan (6), which is connected through the exhaust gas outlet to the exhaust duct (7) introducing recirculated exhaust gases into the combustion chamber (8) above the burned fuel.
Description
Przedmiotem wynalazku jest układ recyrkulacji spalin dla kotłów grzewczych na paliwa stałe wykorzystujący regulacyjno-pomiarowy zawór trójdrożny do celu redukcji ilości emitowanych przez kotły substancji szkodliwych: głównie tlenku węgla (CO), lotnych związków organicznych (LZO), tlenków azotu (NOx) oraz sadzy. Korzystnym efektem zastosowania układu według zastrzeżenia jest podniesie sprawności procesu spalania kotła grzewczego.The subject of the invention is a flue gas recirculation system for solid fuel heating boilers using a three-way control and measuring valve to reduce the amount of harmful substances emitted by boilers: mainly carbon monoxide (CO), volatile organic compounds (VOC), nitrogen oxides (NOx) and soot. A beneficial effect of using the system according to the claim is to increase the efficiency of the combustion process of the heating boiler.
Z opisu patentowego EP3789673 znany jest układ recyrkulacji spalin dla kotłów grzewczych na paliwa stałe, który posiada zamontowany szczelnie na czopuchu kotła grzewczego na paliwa stałe kanał dystrybucji spalin oparty o regulowane klapy zaopatrzony w czujnik do pomiaru temperatury spalin i zawartości tlenu, który to kanał łączy się z przewodem kominowym oraz połączony jest ujściem spalin z kanałem spalinowym wprowadzającym recyrkulowane spaliny do komory spalania nad spalane paliwo. Regulacja przepływu nawrotnego spalin polega na sterowaniu zaworem.From the patent description EP3789673, there is known a flue gas recirculation system for solid fuel heating boilers, which has a flue gas distribution channel mounted tightly on the flue of a solid fuel heating boiler, based on adjustable flaps, equipped with a sensor for measuring flue gas temperature and oxygen content, which channel is connected to with a flue and is connected by a flue gas outlet with a flue channel that introduces recirculated flue gases into the combustion chamber above the combusted fuel. The flue gas reversing flow control is controlled by a valve.
Odmiennie od zaprezentowanego rozwiązania wynalazek według przytoczonego opisu nie ujawnia regulowanego zaworu spalin oraz systemu wentylatora w kanale nawrotu spalin, stąd różnicą pomiędzy wynalazkami jest zastosowanie zaworu regulującego strumień masy recyrkulowanych spalin, pozwalający na modulację pracy systemu recyrkulacji i dostosowania poziomu recyrkulacji do aktualnie występujących stężeń masowych substancji szkodliwych w spalinach.Contrary to the presented solution, the invention, according to the cited description, does not disclose an adjustable exhaust gas valve and a fan system in the exhaust gas reversal duct, hence the difference between the inventions is the use of a valve regulating the recirculated exhaust gas mass stream, allowing for modulation of the recirculation system operation and adjustment of the recirculation level to the currently occurring mass concentrations of substances harmful in exhaust gases.
Z opisu patentowego PL181545B1 znany jest sposób i kocioł do spalania, ograniczający emisję tlenków azotu w spalinach z kotła, z wsadem na paliwo stałe, z ruchomym rusztem, który posiada zamontowany szczelnie na czopuchu kotła grzewczego na paliwa stałe trójnik dystrybucji spalin z czujnikiem do pomiaru temperatury spalin i zawartości tlenu, który to trójnik łączy się z przewodem kominowym oraz z kanałem nawrotnym spalin, na którego końcu znajduje się wentylator, który połączony jest ujściem spalin z kanałem spalinowym wprowadzającym recyrkulowane spaliny o komory spalania pod spalane paliwo.From the patent description PL181545B1 there is known a method and a boiler for combustion, limiting the emission of nitrogen oxides in the flue gases from the boiler, with a solid fuel charge, with a movable grate, which has a T-piece of flue gas distribution with a temperature measurement sensor mounted tightly on the flue of a heating boiler for solid fuels flue gas and oxygen content, which tee is connected to the chimney duct and to the flue gas reversing duct, at the end of which there is a fan, which is connected by the flue gas outlet to the flue gas duct introducing recirculated flue gases into the combustion chambers under the combusted fuel.
Kluczową różnicą między rozwiązaniem a wynalazkiem jest dostarczanie przez wynalazek recyrkulowanych spalin powyżej paliwa nie pod spalane paliwo. W przedstawionym wynalazku do regulacji wykorzystuje się regulowany zawór dystrybucji spalin którego kąt rozwarcia, a co za tym idzie precyzyjną ilość spalin recyrkulowanych ustala się na podstawie pomiaru temperatury spalin i zawartości tlenu w spalinach. W przytoczonym rozwiązaniu dystrybucja odbywa się poprzez trójnik o stałej geometrii kanału, a ilość recyrkulowanych spalin regulowana jest pracą wentylatora, które pozwalają osiągnąć poziomo od 15% do 20% recyrkulacji spalin odmiennie do zaproponowanego rozwiązania, które pozwala osiągnąć korzystnie poziom od 0% do 70%.The key difference between the solution and the invention is that the invention provides recirculated exhaust gas above the fuel and not below the fuel being burnt. In the presented invention, an adjustable exhaust gas distribution valve is used for regulation, the opening angle of which, and thus the precise amount of recirculated exhaust gas, is determined on the basis of the measurement of exhaust gas temperature and oxygen content in the exhaust gas. In the cited solution, the distribution takes place through a T-piece with a fixed duct geometry, and the amount of recirculated exhaust gas is regulated by the operation of the fan, which allows to achieve horizontally from 15% to 20% of exhaust gas recirculation, unlike the proposed solution, which allows to achieve a favorable level from 0% to 70% .
Z opisu patentowego P.386602 znane jest rozwiązanie układu recyrkulacji powietrza podmuchowego w ciepłowniczym kotle rusztowym zaopatrzony w komorę spalania, przy czym układ zawiera wentylator powietrza pierwotnego, wentylator dopalania spalin oraz kanały recyrkulacyjne, znamienny tym, że wentylator dopalania spalin jest w układzie zainstalowany szeregowo z wentylatorem powietrza pierwotnego, a kanał tłoczny wentylatora dopalania spalin połączony jest do kanału ssawnego wentylatora powietrza pierwotnego. W tylnej części komory spalania kotła w tylnej części rusztu umieszczone są kanały ssawne wentylatora dopalania spalin. Układ zawiera sekcję oczyszczania spalin, którą tworzą kanały ssawne razem z przegrodami i z kanałami środkowymi oraz wanną odżużlania, przy czym sekcja ta poprzez wylot kanału ssawnego połączona jest z wentylatorem dopalania spalin. Kanały ssawne w sekcji oczyszczania spalin są umieszczone w kierunku prostopadłym do powierzchni lustra wody w wannie odżużlania. Wentylatory zaopatrzone są w napęd elektryczny i przemiennik częstotliwości.From the patent description P.386602, there is known a solution for a blast air recirculation system in a grate heating boiler equipped with a combustion chamber, the system comprising a primary air fan, a flue gas afterburning fan and recirculation ducts, characterized in that the flue gas afterburning fan is installed in the system in series with primary air fan, and the discharge duct of the flue gas combustion fan is connected to the suction duct of the primary air fan. In the rear part of the boiler's combustion chamber, in the rear part of the grate, there are suction ducts for the flue gas afterburning fan. The system includes a flue gas cleaning section, which consists of suction ducts together with partitions and with central ducts and a deslagging tank, and this section is connected to the flue gas afterburning fan through the suction duct outlet. Suction channels in the flue gas cleaning section are located perpendicularly to the surface of the water table in the deslagging tank. The fans are equipped with an electric drive and a frequency converter.
Kluczową różnicą między rozwiązaniem a wynalazkiem jest brak zastosowania zaworu regulującego strumień masy recyrkulowanych spalin, co wpływa na brak modulacji pracy systemu recyrkulacji i dostosowania poziomu recyrkulacji do aktualnie występujących stężeń masowych substancji szkodliwych w spalinach. Ponadto rozwiązanie przedstawione w opisie P.386602 ma zastosowanie wyłącznie w kotłach rusztowych cechujących się inna organizacją procesu spalania oraz znacząco większą mocą niż kotły do których zastosowanie ma zgłaszane rozwiązanie. Rozwiązanie według wynalazku dodatkowo zaopatrzone jest w czujnik zawartości tlenu w spalinach pozwalający w oparciu o sprzężenie zwrotne informacji o zawartości tlenu w spalinach regulować wydatek recyrkulowanych w kotle grzewczym spalin. Inną różnicą jest zastosowanie w układzie według wynalazku kilku wentylatorów i recyrkulowanie powietrza podmuchowego w przestrzeni kotła a nie spalin świeżych i ich zawracanie w centrum płomienia powstającego w komorze spalania - co jest podstawowym założeniem wynalazku.The key difference between the solution and the invention is the lack of a valve regulating the mass stream of the recirculated exhaust gas, which results in the lack of modulation of the recirculation system and the lack of adjustment of the recirculation level to the currently occurring mass concentrations of harmful substances in the exhaust gas. In addition, the solution presented in the description of P.386602 applies only to grate boilers characterized by a different organization of the combustion process and significantly higher power than the boilers to which the reported solution applies. The solution according to the invention is additionally equipped with a sensor of oxygen content in the exhaust gas, which allows to adjust the output of the exhaust gas recirculated in the heating boiler based on the feedback of information about the oxygen content in the exhaust gas. Another difference is the use of several fans in the system according to the invention and the recirculation of the blast air in the boiler space and not fresh flue gases and their return in the center of the flame formed in the combustion chamber - which is the basic assumption of the invention.
Z opisu patentowego P.418460 znane jest natomiast urządzenie i sposób spalania biomasy umożliwiający spalanie biomasy w tym biomasy pochodzenia rolniczego (Agro) typu słoma w formie rozdrobnionej oraz granulatu poprzez zastosowanie recyrkulacji spalin w kotłach centralnego ogrzewania, ciepłej wody użytkowej oraz kotłach ciepłowniczych, pozwalając na pracę ciągłą kotła bez częstych przerw na czyszczenie kotła oraz jednocześnie ochronę elementów komory paleniskowej. Układ według tego rozwiązania nie posiada regulacji strumienia masy spalin recyrkulowanych w kotle poprzez informacje o stężeniu substancji szkodliwych w spalinach lub tlenu, a jedynie poprzez pomiar temperatury spalin opuszczających komorę paleniskową. Ponadto celem nadrzędnym rozwiązania przedstawionego w opisie patentowym P.418460 jest zapobieżenie osadzaniu się produktów spalania wewnątrz kotła w odróżnieniu do zgłaszanego rozwiązania gdzie celem jest redukcja ilości emitowanych przez kotły substancji szkodliwych oraz poprawa sprawności procesu spalania w kotłach. Z opisu patentowego wynika, że główną informacją o stopniu recyrkulacji spalin jest temperatura spalin opuszczających komorę paleniskową która powinna mieć wartości niższe od temperatury mięknienia popiołu dlatego, że głównym celem działania omawianego układu jest ograniczenie ilości osadzających się produktów spalania wewnątrz ścian kotła, co przełożyć się ma na rzadszą konieczność czyszczenia wnętrza kotła. Taki układ może funkcjonować dopiero w przypadku gdy uda się uzyskać podciśnienie w komorze paleniskowej oraz odpowiedni nadmiar powietrza do spalania, co w wielu sytuacjach (np. rozpalanie kotła, gaszenie kotła) jest nieosiągalne i wyklucza jednocześnie zasadność działania układu recyrkulacji spalin według zastrzeżenia przez cały okres działania kotła.From the patent description P.418460, however, a device and method of burning biomass is known, which enables the burning of biomass, including biomass of agricultural origin (Agro) of the type of straw in a fragmented form and granules through the use of flue gas recirculation in central heating, hot water and district heating boilers, allowing for continuous operation of the boiler without frequent breaks for cleaning the boiler and at the same time protecting the elements of the furnace chamber. The system according to this solution does not regulate the flue gas mass stream recirculated in the boiler by means of information about the concentration of harmful substances in the flue gases or oxygen, but only by measuring the temperature of the flue gases leaving the furnace chamber. In addition, the overriding goal of the solution presented in the patent description P.418460 is to prevent the deposition of combustion products inside the boiler, unlike the proposed solution, where the goal is to reduce the amount of harmful substances emitted by boilers and to improve the efficiency of the combustion process in boilers. The patent description shows that the main information about the degree of flue gas recirculation is the temperature of flue gases leaving the furnace chamber, which should be lower than the ash softening temperature, because the main purpose of the system is to reduce the amount of combustion products deposited inside the boiler walls, which translates into for less frequent cleaning of the inside of the boiler. Such a system can function only when it is possible to obtain negative pressure in the furnace chamber and an appropriate excess of air for combustion, which in many situations (e.g. firing up the boiler, extinguishing the boiler) is unattainable and at the same time excludes the legitimacy of the operation of the flue gas recirculation system according to the claim for the entire period operation of the boiler.
Z opisu patentowego EP2313686 znany jest system pieca z wewnętrzną recyrkulacją spalin. System pieca obejmuje w tym przypadku zbiornik do spalania, z którego końcem wylotowym połączony jest kanał spalin, który połączony jest z wyznaczonym obszarem wewnętrznym. Część systemu pieca stanowi też kanał recyrkulacyjny, który rozciąga się na zewnątrz od kanału spalin i zapewnia przepływ spalin między kanałem spalin a obszarem wewnętrznym zbiornika do spalania. W kanale recyrkulacyjnym jest umieszczone co najmniej częściowo urządzenie przenośnikowe do umożliwienia przepływu jednego lub większej liczby płynów przez kanał recyrkulacyjny do obszaru wewnętrznego zbiornika do spalania w reakcji na polecenia wydawane przez nastawnik. Urządzenie przenośnikowe jest pompą strumieniową parową do przenoszenia płynu takiego jak, między innymi, tlen, para wodna, spaliny lub ich kombinacje do obszaru wewnętrznego wyznaczonego przez zbiornik do spalania.From the patent description EP2313686, a furnace system with internal flue gas recirculation is known. The kiln system in this case comprises a combustion tank to the outlet end of which is connected a flue gas duct which is connected to a designated internal area. Also part of the kiln system is a recirculation duct that extends outwardly from the flue gas duct and provides flue gas flow between the flue gas duct and the internal region of the combustion tank. A conveyor device is disposed at least partially in the recirculation channel to allow one or more fluids to flow through the recirculation channel into the internal region of the combustion tank in response to commands from the adjuster. The conveyor device is a steam eductor for conveying a fluid such as, but not limited to, oxygen, steam, exhaust gas, or combinations thereof, to an internal area defined by the combustion tank.
Z opisu patentowego US4674464A znany jest zawór recyrkulacyjny, w którym przewidziano specjalną powierzchnię gniazda zaworowego w obudowie, a obudowę połączono po stronie członu uruchamiającego z blokiem silnika spalinowego, który mocowany jest przez izolację.From the US4674464A patent description, a recirculation valve is known, in which a special surface of the valve seat is provided in the housing, and the housing is connected on the side of the actuating member with the combustion engine block, which is fixed by insulation.
Opis patentowy DE112008003498 natomiast ujawnia zawór recyrkulacji spalin, w którym w obudowie zaworu jest zarazem wpuszczony pierścień gniazda zaworowego. Obudowa zaworu jest dwuczęściowa i kombinowana z blokiem silnika spalinowego, w którym osadzone jest urządzenie uruchamiające.Patent description DE112008003498, on the other hand, discloses an exhaust gas recirculation valve in which a valve seat ring is recessed in the valve housing. The valve housing is two-part and combined with the combustion engine block in which the actuator is mounted.
Znane z opisu P.423553 rozwiązanie przedstawia kocioł na paliwa stałe w którego komorze z wymiennikiem ciepła w kształcie ekranowanych pionowych rur wznośnych i wężownicy poziomej umieszczonych w komorze spalania i odzysku ciepła przed wlotem spalin do czopucha kotła i emitora zastosowano recyrkulację części strumienia spalin z nawrotem do komory spalania.The solution known from the description of P.423553 presents a solid fuel boiler in which a chamber with a heat exchanger in the shape of screened vertical riser pipes and a horizontal coil placed in the combustion and heat recovery chamber before the flue gas inlet to the boiler flue and emitter recirculates part of the flue gas stream with return to combustion chamber.
W publikacji: „Wpływ recyrkulacji spalin na proces spalania biomasy” autorstwa: M. Polak, P. Neuberger, K. Rutkowski, opublikowanego w czasopiśmie Inżynieria Rolnicza, 7 (95)/2007 przedstawiono badania nad sprawdzeniem zasadności stosowania recyrkulacji spalin w kotłach w trakcie spalania biomasy. Do realizacji badań wykorzystano autorskie stanowisko badawcze zaopatrzone w komorę recyrkulacyjną wyposażoną w przepustnice powietrza zewnętrznego oraz przepustnicę gazów spalinowych do kotła połączoną z wentylatorem. Z zrealizowanych badań wynika, że najkorzystniejsze parametry pracy dla wymienionego układu osiągnięto przy recyrkulacji r = 0,3 ze współczynnikiem nadmiaru powietrza równym λ = 1,3-1,4 przy spalaniu pelletu drzewnego, zaś λ = 1,5-1,6 w przypadku spalania ziaren żyta.The publication: "The impact of flue gas recirculation on the biomass combustion process" by: M. Polak, P. Neuberger, K. Rutkowski, published in the journal Inżynieria Rolnicza, 7 (95)/2007, presents research on checking the legitimacy of using flue gas recirculation in boilers during biomass combustion. A proprietary test stand equipped with a recirculation chamber equipped with external air dampers and a flue gas damper for the boiler connected with a fan was used to carry out the research. The conducted research shows that the most favorable operating parameters for the mentioned system were achieved with recirculation r = 0.3 with the excess air coefficient equal to λ = 1.3-1.4 when burning wood pellets, and λ = 1.5-1.6 in in the case of burning rye grains.
W publikacji: „Wpływ recyrkulacji zewnętrznej spalin na proces spalania węgla w złożu stacjonarnym w kotle komorowym małej mocy” autorstwa: K. Kubic, R. Mnich, opublikowanego w czasopiśmie Gospodarka Paliwami i Energia, tom nr 1 rocznik 2004 przedstawiono wyniki badań wpływu recyrkulacji zewnętrznej na proces spalania węgla w złożu stacjonarnym, w kotle komorowym z ręcznym okresowym załadunkiem paliwa. Badania wykazały, że zastosowanie recyrkulacji spalin w zakresie do 20% wpływa na obniżenie wskaźników emisji tlenku węgla (CO), tlenków azotu (NOx), zanieczyszczeń organicznych (TOC), i pyłu. Zwiększenie udziału recyrkulowanych spalin powyżej 20%, w tej konstrukcji kotła powoduje wzrost strat niecałkowitego i niezupełnego spalania i w konsekwencji spadek jego sprawności energetycznej.The publication: "The impact of external flue gas recirculation on the process of coal combustion in a stationary bed in a low-power chamber boiler" by: K. Kubic, R. Mnich, published in the journal Gospodarka Paliwami i Energia, volume 1, 2004, presents the results of research on the impact of external recirculation for the process of coal combustion in a stationary bed, in a chamber boiler with manual periodic fuel loading. Studies have shown that the use of exhaust gas recirculation in the range of up to 20% reduces the emission rates of carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx), organic pollutants (TOC), and dust. Increasing the share of recirculated flue gas above 20% in this boiler design causes an increase in incomplete and incomplete combustion losses and, consequently, a decrease in its energy efficiency.
Postawionym do realizacji zadaniem technicznym jest rozwiązanie problemu związanego z emisją związków szkodliwych takich jak tlenki azotu, tlenek węgla czy lotne związki organiczne oraz sadza w kotłach grzewczych. Głównym celem zadania jest ograniczenie emisji niniejszych związków w szczególności emisji tlenków azotu w wymienionych urządzeniach przy jednoczesnej poprawie efektywności energetycznej kotłów, co przekłada się na zmniejszenie negatywnego oddziaływania kotłów na środowisko i człowieka.The technical task to be implemented is to solve the problem related to the emission of harmful compounds such as nitrogen oxides, carbon monoxide or volatile organic compounds and soot in heating boilers. The main objective of the task is to reduce the emission of these compounds, in particular the emission of nitrogen oxides in the above-mentioned devices, while improving the energy efficiency of boilers, which translates into reducing the negative impact of boilers on the environment and people.
Recyrkulacji spalin w celu ograniczenia emisji związków szkodliwych, w szczególności ograniczenia emisji NOx, jest rozwiązaniem znanym w układach energetycznych, często określane jest akronimem FGR (z angielskiego Flue Gas Recirculation). Rozwiązania takie są powszechnie stosowane w dużych kotłach energetycznych lub w piecach przemysłowych. Tego typu rozwiązania stosowane są w układach, w których zarówno moc jak i proces spalania jest diametralnie różny od układów, w których zastosowanie znajdzie wynalazek.Exhaust gas recirculation in order to reduce the emission of harmful compounds, in particular to reduce NOx emissions, is a well-known solution in energy systems, often referred to as FGR (Flue Gas Recirculation). Such solutions are commonly used in large power boilers or in industrial furnaces. Such solutions are used in systems in which both the power and the combustion process are radically different from the systems in which the invention will be applied.
Innym ze znanych rozwiązań jest układ o akronimie EGR (z angielskiego Exhaust Gas Recirculation), który jest stosowany w przemyśle motoryzacyjnym w silnikach spalinowych pojazdów samochodowych. Układ taki jest wyposażony w dodatkowy zaworów dozujący spaliny wprowadzane do powietrza. Takie rozwiązanie jest odmienne w odniesieniu do zgłaszanego rozwiązania przede wszystkim w kontekście rodzaju urządzeń, w którym znajduje zastosowanie. Zastosowanie zgłaszanego rozwiania technologicznego (recyrkulacji spalin) w połączeniu z innowacyjnym rozwiązaniem zaworu regulacyjnego umożliwi zastosowanie rozwiązania do szerokiego zakresu urządzeń, w szczególności niskotemperaturowych kotłów małej mocy. Możliwość ograniczenia emisji związków szkodliwych przyczyni się do poprawy środowiska, co ma ogromne znaczenie w związku z faktem, iż kotły niskotemperaturowe są głównym źródłem zanieczyszczeń powietrza w Polsce.Another well-known solution is the EGR (Exhaust Gas Recirculation) system, which is used in the automotive industry in internal combustion engines of cars. Such a system is equipped with an additional valve dosing exhaust gases introduced into the air. This solution is different from the proposed solution, mainly in the context of the type of devices in which it is used. The application of the reported technological solution (flue gas recirculation) in conjunction with the innovative control valve solution will enable the application of the solution to a wide range of devices, in particular low-temperature, low-power boilers. The possibility of reducing the emission of harmful compounds will contribute to the improvement of the environment, which is of great importance due to the fact that low-temperature boilers are the main source of air pollution in Poland.
Prowadzone testy wskazują że zastosowanie recyrkulacji spalin w procesach spalania paliw stałych przynosi korzystny efekt zarówno w zakresie ograniczenia emisji w szczególności emisji tlenku azotu ale także tlenku węgla i lotnych związków organicznych. W przypadku optymalnej pracy urządzenia grzewczego i układu recyrkulacji możliwe jest ograniczenie ilości emitowanych substancji szkodli wych w zakresie od 5% do 50% w zależności od rozpatrywanego składnika spalin. Dodatkowo przyczynia się do poprawy efektywności energetycznej kotłów. Istotnym aspektem jest określenie ilości wprowadzanych spalin recyrkulujących w zakresie 0-200%, co jest kontrolowane poprzez innowacyjny zawór regulacyjny wyposażony w czujnik zawartości tlenu oraz układ regulacyjny z silnikiem elektrycznym oraz przekładnią i dystrybutorem spalin.The conducted tests indicate that the use of flue gas recirculation in solid fuel combustion processes has a beneficial effect both in terms of reducing emissions, in particular nitrogen oxide emissions, but also carbon monoxide and volatile organic compounds. In the case of optimal operation of the heating device and the recirculation system, it is possible to reduce the amount of harmful substances emitted in the range of 5% to 50%, depending on the considered component of exhaust gases. In addition, it contributes to improving the energy efficiency of boilers. An important aspect is the determination of the amount of recirculating flue gas introduced in the range of 0-200%, which is controlled by an innovative control valve equipped with an oxygen content sensor and a control system with an electric motor, gearbox and exhaust gas distributor.
Zastosowana technologia recyrkulacji spalin jest zaliczana do pierwotnych metod redukcji tlenku azotu, która to wcześniej nie była stosowana w przypadku kotłów grzewczych małej mocy. Rozwiązanie opracowane na bazie tej technologii może być stosowane w zakresie kotłów o mocy od 10 do 500 kW. Technologia ta opiera się na pobieraniu spalin za kotła, z czopucha i kierowaniu ich do komory spalania powyżej paliwa, w wyniku czego dochodzi do mieszania się zawracanych spalin ze świeżym ładunkiem czyli mieszanką palną (paliwowo-powietrzną). Takie kształtowanie procesu spalania powodując ubożenie ilości tlenu w mieszaninie palnej oraz obniżeniu temperatury procesu spalania co przyczynia się do ograniczenia emisji w szczególności tlenków azotu. Natomiast cyrkulacja spalin przyczynia się do dopalenia niespalonych związków zawartych w spalinach, w tym LZO czy CO przyczynia się do ogranicza emisji niniejszych związków szkodliwych oraz poprawienia efektywność energetyczną procesu spalania.The applied flue gas recirculation technology is one of the primary methods of reducing nitrogen oxide, which was not previously used in the case of low-power heating boilers. The solution developed on the basis of this technology can be used in the range of boilers with a capacity of 10 to 500 kW. This technology is based on collecting flue gases behind the boiler, from the flue and directing them to the combustion chamber above the fuel, as a result of which the returned flue gases mix with the fresh charge, i.e. the combustible mixture (fuel and air). Such shaping of the combustion process causes the depletion of the amount of oxygen in the combustible mixture and the reduction of the temperature of the combustion process, which contributes to the reduction of emissions, in particular of nitrogen oxides. On the other hand, exhaust gas circulation contributes to the afterburning of unburned compounds contained in exhaust gases, including VOCs or CO, which contributes to reducing the emission of these harmful compounds and improving the energy efficiency of the combustion process.
Istotą wynalazku jest układ recyrkulacji spalin dla kotłów grzewczych na paliwa stałe. Układ według wynalazku posiada zamontowany szczelnie, na czopuchu kotła grzewczego na paliwa stałe, regulowany zawór dystrybucji spalin. Zawór dystrybucji spalin zawiera czujnik do pomiaru temperatury spalin i zawartości tlenu. Zawór dystrybucji spalin łączy się z przewodem kominowym oraz z kanałem nawrotnym spalin. Na końcu kanału nawrotnego spalin znajduje się wentylator, który połączony jest ujściem spalin z kanałem spalinowym wprowadzającym recyrku lowane spaliny do komory spalania nad spalane paliwo.The essence of the invention is the flue gas recirculation system for solid fuel heating boilers. The system according to the invention has a tightly mounted, adjustable flue gas distribution valve on the flue of the heating boiler for solid fuels. The exhaust gas distribution valve contains a sensor to measure exhaust gas temperature and oxygen content. The flue gas distribution valve is connected to the flue and to the flue gas reversing duct. At the end of the flue gas return duct, there is a fan connected by the flue gas outlet to the flue gas duct that introduces the recirculated flue gas into the combustion chamber above the combusted fuel.
Zawór dystrybucji spalin posiada kanał wlotowy spalin osadzony trwale w obudowie zaworu, z której wychodzą co najmniej dwa kanały spalinowe: kanał nawrotu spalin na kocioł oraz kanał kominowy. Do obudowy zaworu zamocowany jest - korzystnie za pomocą obejmy - silnik elektryczny napędzający wał z przekładnią przechodzący przez szczelną tuleję i łączący się z przekładnią różnicową służącą do regulacji otwarcia kanałów spalinowych przy wykorzystaniu dystrybutora spalin. Kąt rozwarcia dystrybutora spalin jest ustalany poprzez informację o temperaturze spalin i zawartości tlenu w spalinach rejestrowanych przez sondę pomiarową czujnika do pomiaru temperatury spalin i zawartości tlenu umieszczoną w kanale wlotowym spalin korzystnie poprzez szczelną tuleję, który jest połączony ze sterownikiem zaworu.The flue gas distribution valve has a flue gas inlet duct permanently embedded in the valve housing, from which at least two flue gas ducts come out: a flue gas return duct to the boiler and a chimney duct. An electric motor is attached to the valve housing - preferably by means of a clamp - and drives a shaft with a gear, passing through a sealed sleeve and connecting to a differential gear used to regulate the opening of the exhaust gas ducts using an exhaust gas distributor. The opening angle of the exhaust gas distributor is determined by information about the exhaust gas temperature and oxygen content in the exhaust gas recorded by the measuring probe of the sensor for measuring exhaust gas temperature and oxygen content located in the exhaust gas inlet channel, preferably through a tight sleeve, which is connected to the valve controller.
Dzięki zastosowaniu regulowanego zaworu dystrybucji spalin możliwe jest recyrkulowanie spalin w zakresie od 0% do 200%, korzystnie w zakresie od 0% do 100%, świeżego strumienia masy powstających w komorze spalania spalin. Regulacja ilości recyrkulowanych spalin odbywa w oparciu o ciągły pomiar temperatury spalin oraz zawartości tlenu w spalinach przez sondę pomiarową, której wyniki pozwalają sterować rozwarciem dystrybutora spalin w zakresie od 0% do 100% strumienia masy przepływających spalin w kierunku recyrkulowania spalin, bądź do przewodu spalinowego. W układzie możliwa jest recyrkulacja spalin powstałych ze spalania w kotle grzewczym paliwa stałego węglowego bądź biomasowego w zakresie współczynnika nadmiaru powietrza λ = 1,0-4,5, korzystnie w zakresie λ = 1,1-2,5 przy jednoczesnym osiąganiu recyrkulacji spalin na poziomie od 0% do 100%, korzystnie na poziomie od 0% do 70% świeżego strumienia masy spalin.By using an adjustable flue gas distribution valve, it is possible to recirculate the flue gas in the range of 0% to 200%, preferably in the range of 0% to 100%, of the fresh mass flow generated in the flue gas combustion chamber. The regulation of the amount of recirculated flue gas is based on continuous measurement of the flue gas temperature and oxygen content in the flue gas by a measuring probe, the results of which allow to control the opening of the flue gas distributor in the range from 0% to 100% of the flue gas mass stream in the direction of flue gas recirculation or to the flue gas duct. The system enables the recirculation of flue gases resulting from the combustion of solid coal or biomass fuel in the heating boiler in the range of excess air coefficient λ = 1.0-4.5, preferably in the range of λ = 1.1-2.5, while achieving recirculation of flue gases at the from 0% to 100%, preferably from 0% to 70% of the fresh exhaust mass flow.
Wynalazek w przykładzie realizacji pokazano na rysunku, na którym fig. 1 wskazuje schemat blokowy układu, a fig. 2 schematyczny przekrój zaworu.The invention in an embodiment is shown in the drawing, in which Fig. 1 shows a block diagram of the system, and Fig. 2 shows a schematic cross-section of the valve.
W przykładzie realizacji pokazanym na fig. 1 i fig. 2 pokazano układ wyposażony w zawór dystrybucji spalin z dwoma kanałami, po jednym kanale doprowadzającym spaliny do kotła oraz kanałem odprowadzającym spaliny do kanału kominowego.In the embodiment shown in Fig. 1 and Fig. 2, there is shown a system equipped with a flue gas distribution valve with two channels, one flue gas supply channel to the boiler and a flue gas discharge channel to the chimney channel.
Układ zawracania (recyrkulacji) spalin do komory spalania kotłów grzewczych na paliwa stałe 1 w obszar powyżej spalanego paliwa. Układ składa się z zaworu dystrybucji spalin 4 z zabudowanym czujnikiem do pomiaru temperatury spalin i zawartości tlenu 19. Zadaniem zaworu jest kontrola ilości recyrkulujących spalin pobieranych z czopucha 2 doprowadzanych kanałem nawrotnym spalin 5 poprzez wentylator 6 oraz kanał spalinowy 7 wprowadzający zawracane spaliny do komory spalania 8. Zawór dystrybucji spalin 4 połączony jest również z przewodem kominowym 3.Exhaust gas return (recirculation) system to the combustion chamber of solid fuel boilers 1 in the area above the combusted fuel. The system consists of a flue gas distribution valve 4 with a built-in sensor for measuring flue gas temperature and oxygen content 19. The valve's task is to control the amount of recirculating flue gas taken from the flue 2 and supplied through the flue gas return duct 5 through the fan 6 and the flue gas duct 7 introducing the recirculated flue gas into the combustion chamber 8 The flue gas distribution valve 4 is also connected to the flue 3.
Zawór dystrybucji spalin 4 posiada kanał wlotowy spalin 9 osadzony trwale w obudowie zaworu 10, z której wychodzą co najmniej dwa kanały spalinowe: kanał nawrotu spalin na kocioł 11 oraz kanał kominowy 18. Do obudowy zaworu 10 zamocowany jest za pomocą obejmy 12 silnik elektryczny 13 napędzający wał z przekładnią 14 przechodzący przez szczelną tuleję 15 i łączący się z przekładnią różnicową 16. W kanale wlotowym spalin 9 osadzona jest korzystnie poprzez szczelną tuleję 20 sonda pomiarowa czujnika do pomiaru temperatury spalin i zawartości tlenu 19, dzięki któremu możliwa jest organizacja redystrybucji zawracanych spalinach. Regulacja stopnia recyrkulacji spalin dokonuje się przez silnik elektryczny 13 połączony z wałem napędowym z przekładnią 14 przechodzący przez szczelną tuleję 15 łączący się z przekładnią różnicową 16. Poprzez zmienne odchylenie kątowe, reguluje otwarcie kanałów spalinowych przy wykorzystaniu dystrybutora spalin 17 w konsekwencji część spalin kierowana jest do komory spalania 8 a część do przewodu kominowego 3.The flue gas distribution valve 4 has a flue gas inlet duct 9 permanently embedded in the valve housing 10, from which at least two flue gas ducts come out: a flue gas return duct to the boiler 11 and a chimney duct 18. An electric motor 13 driving the a shaft with a gear 14 passing through a sealed sleeve 15 and connecting with a differential gear 16. In the exhaust gas inlet duct 9, a measuring probe of a sensor for measuring the exhaust gas temperature and oxygen content 19 is preferably embedded in the exhaust gas inlet duct 9 through a tight sleeve 20, thanks to which it is possible to organize the redistribution of returned exhaust gases. The regulation of the degree of exhaust gas recirculation is made by the electric motor 13 connected to the drive shaft with the gear 14 passing through a tight sleeve 15 connecting to the differential gear 16. Through variable angular deviation, it regulates the opening of the exhaust gas ducts using the exhaust gas distributor 17, as a consequence, part of the exhaust gas is directed to combustion chamber 8 and part to the chimney duct 3.
Zawór regulacyjny umożliwia kierowanie spalin do procesu spalania czyli do komory kotła lub do kanału wyprowadzenie spalin w zakresie od 0% do 200%, korzystnie w zakresie od 0% do 100% przepływającego świeżego strumienia masy powstających w komorze spalania spalin. Całkowity strumień spalin recyrkulujących może wynosić od 0% do 100% świeżego strumienia masy spalin, przy czym korzystne jest aby spaliny recyrkulujące stanowiły od 0% do 70%. Taki sposób regulacji, umożliwia optymalną pracę układu nie prowadząc do powstawania problemów z procesem spalania, przez zbyt małą ilość tlenu doprowadzanego do procesu spalania.The control valve allows directing flue gases to the combustion process, i.e. to the boiler chamber or to the flue gas discharge channel in the range from 0% to 200%, preferably in the range from 0% to 100% of the flowing fresh mass stream generated in the flue gas combustion chamber. The total recirculating exhaust gas flow may be from 0% to 100% of the fresh exhaust mass flow, with 0% to 70% being preferred for the recirculating exhaust gas. This method of regulation enables optimal operation of the system without causing problems with the combustion process due to too little oxygen supplied to the combustion process.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL438249A PL243395B1 (en) | 2021-06-24 | 2021-06-24 | Flue gas recirculation system for solid fuel heating boilers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL438249A PL243395B1 (en) | 2021-06-24 | 2021-06-24 | Flue gas recirculation system for solid fuel heating boilers |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL438249A1 PL438249A1 (en) | 2022-12-27 |
| PL243395B1 true PL243395B1 (en) | 2023-08-21 |
Family
ID=84603210
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL438249A PL243395B1 (en) | 2021-06-24 | 2021-06-24 | Flue gas recirculation system for solid fuel heating boilers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL243395B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL132195U1 (en) * | 2024-06-18 | 2025-12-22 | Zakłady Górniczo - Metalowe Zębiec W Zębcu Spółka Akcyjna | Solid fuel boiler with exhaust gas recirculation system |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL181545B1 (en) * | 1995-04-05 | 2001-08-31 | Chauffe De Combustibles De Rep | Boiler with specially aranged interior and method of operating it in a manner enabling to reduce emission of nitrogen oxides |
| EP3789673A1 (en) * | 2019-09-03 | 2021-03-10 | SL-Technik GmbH | Biomass heating system with optimized flue gas treatment |
-
2021
- 2021-06-24 PL PL438249A patent/PL243395B1/en unknown
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL181545B1 (en) * | 1995-04-05 | 2001-08-31 | Chauffe De Combustibles De Rep | Boiler with specially aranged interior and method of operating it in a manner enabling to reduce emission of nitrogen oxides |
| EP3789673A1 (en) * | 2019-09-03 | 2021-03-10 | SL-Technik GmbH | Biomass heating system with optimized flue gas treatment |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL132195U1 (en) * | 2024-06-18 | 2025-12-22 | Zakłady Górniczo - Metalowe Zębiec W Zębcu Spółka Akcyjna | Solid fuel boiler with exhaust gas recirculation system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL438249A1 (en) | 2022-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101545630B (en) | Coal fired boiler capable of controlling flue gas oxygen content | |
| CN105240841B (en) | A kind of many coal adaptabilities can adjust the low NOx drainage chain furnace of flue gas recirculation | |
| AU2015307274A1 (en) | Solid and liquid/gas fueled, fully automated, smokeless combustion hot water/steam boiler adjustable according to coal type | |
| JP2009257751A (en) | Oxygen combustion coal fired boiler and method of transition between air and oxygen combustion | |
| CN101776260B (en) | Horizontal mobile grate gasifier | |
| JPS6323442B2 (en) | ||
| CN111928237A (en) | Mixed combustion nozzle based on mixed combustion chemical waste gas of circulating fluidized bed boiler and mixed combustion method | |
| PL243395B1 (en) | Flue gas recirculation system for solid fuel heating boilers | |
| WO2008044341A1 (en) | Combustion control unit for stoker-fired combustion furnace | |
| JP4235651B2 (en) | Stoker-type incinerator and operation method thereof | |
| WO2019013731A2 (en) | Gasification process smokeless combustion, fully automated capacity and efficiency maximization solid fuel burner system | |
| CN205227293U (en) | Adjustable gas recirculation's of many coals adaptability low NOx discharges chain furnace | |
| CN101566352B (en) | Oxy-combustion coal fired boiler and method of transitioning between air and oxygen firing | |
| CN107883374A (en) | A kind of natural gas boiler low nitrogen burning system and technique | |
| CN108180494A (en) | A kind of flue gas recirculation denitrification apparatus for chain furnace | |
| CN115265196B (en) | An ultra-low emission low calorific value gas heating furnace | |
| RU2218525C2 (en) | Chamber-type fire air-heater | |
| JP2023168095A (en) | Method of reducing discharge amount of n2o in exhaust gas and control device | |
| CN201606868U (en) | Horizontal movable type fire gate gasification furnace | |
| JP3936884B2 (en) | Control method of stoker type incinerator | |
| CN113405104A (en) | Large-capacity high-load double-hearth waste incineration device | |
| CN220828848U (en) | Flue gas recirculation deep classification system of coal-fired grate-fired boiler | |
| CN223954143U (en) | Flue gas recirculation system for circulating fluidized bed boiler wide-load nitrogen reduction | |
| CN223460441U (en) | A coal-fired boiler | |
| RU2773999C1 (en) | Furnace with an inclined-pushing grate for combustion of granulated and briquetted fuels |