Kombinovaný teplovodní kotel pro spalování tuhých a ušlechtilých paliv Oblast techniky Technické řešení se týká kotlů pro spalování tuhých paliv, zejména uhlí, dřeva, dřevního odpadu a biomasy s možností alternativního spalování ušlechtilých paliv. Dosavadní stav techniky Známé způsoby spalování tuhých paliv na bázi částečného zplyňování používají specielních trysek s přívody sekundárního vzduchu. Plyny z paliva a spaliny jsou vedeny okolo trysek různých provedení na shodném principu - dodatečném přívodu spalovacího vzduchu do proudu spalin. Spaliny jsou dále vedeny do dohořívacího a popelníkového prostoru. Jejich vysoká teplota neumožňuje osazení popelníku, který by jímal škváru a popel pod tryskou. Tyto kotle jsou obtížně čistitelné, životnost teplosměnných ploch je nízká, a to hlavně při spalování uhlí, které obsahuje síru. Teplosměnné plochy známých provedení kotlů jsou obtížně opravitelné. Podstata technického řešení 1 20 2 30 3 Uvedené nedostatky známých provedení kotlů na tuhá paliva z větší části odstraňuje a provoz na ušlechtilá paliva umožňuje kombinovaný teplovodní kotel pro spalování tuhých a ušlechtilých paliv podle technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že základ jeho tlakové části je vytvořen vodotěsným spojením dvouplášťového válce palivového bloku a zkráceného dvouplášťového válce spalinového bloku, které jsou ve svislé poloze, s přesazením, upevněny na dno, přičemž spojení jejich plášťů je provedeno tak, že v celé délce zkráceného dvouplášťového válce spalinového bloku je na části obvodu jeho stěna vyříznuta a nad dnem je stěna dvouplášťového válce palivového bloku společná pro palivový blok a spalinový blok, zatím co v horní části dvouplášťového válce palivového bloku, nad úrovní zkráceného dvouplášťového válce spalinového bloku umístěný žárotrubný výměník má plášť na části obvodu po celé délce vyříznut, protilehlá část dvouplášťového válce palivového bloku má na části obvodu vyříznut vnější plášť a v místě obou výřezů je plášť žárotrubného výměníku vodotěsně napojen na vnější plášť a vnitřní plášť dvouplášťového válce palivového bloku, přičemž zkrácený dvouplášťový válec spalinového bloku je z vnější strany doplněn hrdlem hořáku, dále kontrolním hrdlem, a uvnitř zkráceného dvouplášťového válce spalinového bloku jsou shora dolů vytvořeny dohořívací prostor hořáku, popelníkový prostor a ve stěně dvouplášťového válce palivového bloku pod žárotrubným výměníkem, v místě kde je tato stěna společná pro palivový blok i spalinový blok je proveden spalinový otvor. Dalším význakem je, že uvnitř dvouplášťového válce palivového bloku, pod dvojitým víkem, je provedena vodou chlazená spalovací komora pro tuhá paliva, jejíž průřez je ve spodní části zmenšen kuželovým přechodem, a ve zmenšeném průřezu je instalována kruhová vzduchová tryska, dále směrem ke dnu je vytvořen dohořívací prostor palivového bloku, omezený ve spodní části vyzdívkou s kruhovým otvorem, ve kterém je umístěn výklopný rošt, a mezi výklopným roštem a dnem je proveden popelníkový prostor palivového bloku. Přehled obrázků na výkresech 40 Na přiloženém obr. 1 je znázorněn v nárysném řezu teplovodní kotel pro spalování tuhých a ušlechtilých paliv podle technického řešení. Na obr. 2 je zakresleno v půdorysném řezu spojení dvouplášťového válce palivového bloku se zkráceným dvouplášťovým válcem spalinového bloku. - 1 -
Na obr. 3 je znázorněno v půdorysném řezu spojení dvouplášťového válce palivového bloku s pláštěm žárotrubného výměníku. Příklady provedení technického řešení 1 20 2 30 3 40 4 V příkladném provedení na obr. 1 je základ tlakové části kombinovaného teplovodního kotle pro spalování tuhých a ušlechtilých paliv vytvořen vodotěsným spojením palivového bloku 1 a spalinového bloku 2 svařením, přičemž palivový blok 1 pro tuhá paliva je proveden jako vertikálně situovaný dvouplášťový válec 3 z oceli, uzavřený nahoře dvojitým víkem 12, které je ke dvouplášťovému válci 3 přivařeno. Pod dvojitým víkem 12 jsou uvnitř dvouplášťového válce 3 palivového bloku 1 ve směru shora dolů vytvořeny vodou chlazená spalovací komora 13, dohořívací prostor 16 a popelníkový prostor 26. Vodou chlazená spalovací komora 13, která současně plní funkci násypky paliva, je pod dvojitým víkem 12 vybavena přikládacími dvířky 2. V dolní části je kruhový průřez vodou chlazené spalovací komory 13 zmenšen kuželovým přechodem 14, a ve zmenšeném průřezu je v ose dvouplášťového válce 3 palivového bloku 1 umístěna kruhová vzduchová tryska 1, pod níž je situován v celém vnitřním průřezu dvouplášťového válce 3 palivového bloku 1 dohořívací prostor 16, omezený na výšku vyzdívkou 18 s kruhovým otvorem 19 uprostřed. V kruhovém otvoru 19 je umístěn výklopný rošt 17, pod kterým je až ke dnu, na které je dvouplášťový válec 3 palivového bloku 1 přivařen, proveden popelníkový prostor 26 palivového bloku 1, s popelníkem 28 a dvířky 30. Spalinový blok 2 je vytvořen zkráceným dvouplášťovým válcem 4 a doplněn žárotrubným výměníkem 8. Zkrácený dvouplášťový válec 4 spalinového bloku 2 je situován vertikálně na dno a je na ně přivařen, přičemž vzdálenost osy dvouplášťového válce 3 palivového bloku 1 od osy zkráceného dvouplášťového válce 4 spalinového bloku 2 je menší, než součet jejich vnějších poloměrů. Vodotěsné spojení dvouplášťového válce 3 palivového bloku 1 a zkráceného dvouplášťového válce 4 spalinového bloku 2 svařením je provedeno viz obr. 2 tak, že dvojitá stěna 7 zkráceného dvouplášťového válce 4 spalinového bloku 2 je na části jeho obvodu, v celé jeho délce vyříznuta a společnou stěnu v místě přesazení tvoří pro palivový blok 1 i spalinový blok 2 stěna 6 palivového bloku 1. Ode dna vertikálně směrem vzhůru je ve zkráceném dvouplášťovém válci 4 spalinového bloku 2 vytvořen popelníkový prostor 27 s popelníkem 29 a dvířky 31. Z vnější strany je nad popelníkovým prostorem 27 do zkráceného dvouplášťového válce 4 spalinového bloku 2 přivařeno hrdlo 22 hořáku 21 a kontrolní otvor 38. Mezi popelníkovým prostorem 27 a horní hranou zkráceného dvouplášťového válce 4 spalinového bloku 2, na kterou je situován žárotrubný výměník 8, je vytvořen dohořívací prostor 20 hořáku 21. Nad zkráceným dvouplášťovým válcem 4 spalinového bloku 2 je umístěn žárotrubný výměník 8 a jejich spojení je provedeno svařením, konkrétně spodní trubkovnice 32 žárotrubného výměníku 8 a horní části zkráceného dvouplášťového válce 4 spalinového bloku 2. Plášť 9 žárotrubného výměníku 8 je v celé délce na části obvodu vyříznut, protilehlá část dvouplášťového válce 3 palivového bloku 1 má na části obvodu vyříznut vnější plášť 39, a v místě výřezů je plášť 9 žárotrubného výměníku 8 vodotěsně napojen na vnější plášť 39 a vnitřní plášť 40 dvouplášťového válce 3 přivařením viz obr. 3. Horní trubkovnice 11 žárotrubného výměníku 8 je upravena pro připojení kouřovodu. V horní části dvouplášťového válce 3 palivového bloku 1 je proveden vzduchový otvor 24 a otvor 37 pro přímý odvod spalin z vodou chlazené spalovací komory 13. V horní části žárotrubného výměníku 8 je do pláště 9 vevařeno vstupní hrdlo 3 ochlazené vody a ve dvojitém víku 12 je umístěno výstupní hrdlo 36 teplé vody. Vodní prostor kombinovaného teplovodního kotle pro spalování tuhých a ušlechtilých paliv je vytvořen propojením prostorů ve stěně 6 dvouplášťového válce 3 palivového bloku 1, ve stěně 7 zkráceného dvouplášťového válce 4 spalinového bloku 2, v plášti 9 žárotrubného výměníku 8 a ve dvojitém víku 12 cirkulačními otvory 34. Po zapálení tuhého paliva ve vodou chlazené spalovací komoře 13, probíhá v její spodní části hoření a částečné zplyňování paliva. Spalovací vzduch je přiváděn vzduchovým otvorem 24-2 -
1 20 2 pomocí vzduchového ventilátorku, nebo nasáván spalinovým ventilátorem za kouřovodem. Spaliny s obsahem nevyhořelých spalitelných látek proudí okolo kruhové vzduchové trysky 1 do dohořívacího prostoru 16, přičemž je kruhovou vzduchovou tryskou 1 přiváděn do spalin sekundární vzduch. Podle druhu a jakosti paliva je možno přivádět do dohořívacího prostoru 16 další sekundární vzduch otvorem 33 ve dvířkách 30. Hoření pokračuje, proud spalin se stáčí do horizontálního směru a spalinovým otvorem 23 proudí spaliny do dohořívacího prostoru 20 hořáku 21, kde je spalování dokončeno a spaliny proudí do trubek žárotrubného výměníku 8 a dále do kouřovodu. Současně tuhé zbytky paliva propadají mezikružím mezi zúženým průřezem kuželového přechodu 14 a vnějším obvodem kruhové vzduchové trysky 1 do dohořívacího prostoru 16 na výklopný rošt 17, kde dohořívá zbylý spalitelný obsah, popel se částečně ochlazuje a propadá do popelníku 8 popelníkového prostoru 26. Nepropadlý popel je periodicky dle potřeby vyklopen do popelníku 28 pomocí mechaniky výklopného roštu 17. Při spalování plynného nebo tekutého paliva v hořáku 21 proudí spaliny z dohořívacího prostoru 20 hořáku 21 do trubek žárotrubného výměníku 8. Současné spalování tuhých a ušlechtilých paliv není povoleno. Zařízením podle technického řešení je docíleno dokonalého spalování s obsahem kysličníku uhelnatého CO pod 00 mg/nm 3 a oxidů dusíku NOx pod 60 mg/nm 3 spalin. Dále je možné vyjímání popelovin i za provozu v samostatném popelníku 28 pod výklopným roštem 17, protože popeloviny jsou více vychlazeny než u známých provedení kotlů. Životnost žárotrubného výměníku 8 je delší než životnost teplosměnných ploch z plechů, které tvoří tlakovou část kotlů. Trubky žárotrubného výměníku 8 lze snadno čistit a lze též snadno odstraňovat popeloviny z trubek, spadlé při jejich čištění do popelníku 29. Výměna žárotrubného výměníku 8 je snadnější než výměna teplosměnných ploch u známých provedení koltů. NÁROKY NA OCHRANU 30 3 40 4 1. Kombinovaný teplovodní kotel pro spalování tuhých a ušlechtilých paliv, sestávající z bloku na tuhá paliva, bloku na ušlechtilá paliva a žárotrubného výměníku (8), vyznačený tím, že základ jeho tlakové části je vytvořen vodotěsným spojením dvouplášťového válce (3) palivového bloku (1) a zkráceného dvouplášťového válce (4) spalinového bloku (2), které jsou ve svislé poloze, s přesazením, upevněny na dno (), přičemž spojení jejich plášťů je provedeno tak, že v celé délce zkráceného dvouplášťového válce (4) spalinového bloku (2) je na části obvodu jeho stěna (7) vyříznuta a nad dnem () je stěna (6) dvouplášťového válce (3) palivového bloku (1) společná pro palivový blok (1) a spalinový blok (2), zatímco v horní části dvouplášťového válce (3) palivového bloku (1), nad úrovní zkráceného dvouplášťového válce (4) spalinového bloku (2), umístěný žárotrubný výměník (8) má plášť (9) na části obvodu po celé délce vyříznut, protilehlá část dvouplášťového válce (3) palivového bloku (1) má na části obvodu vyříznut vnější plášť (39) a v místě obou výřezů je plášť (9) žárotrubného výměníku (8) vodotěsně napojen na vnější plášť (39) a vnitřní plášť (40) dvouplášťového válce (3) palivového bloku (1), přičemž zkrácený dvouplášťový válec (4) spalinového bloku (2) je z vnější strany doplněn hrdlem (22) hořáku (21), dále kontrolním hrdlem (38), a uvnitř zkráceného dvouplášťového válce (4) spalinového bloku (2) jsou shora dolů vytvořeny dohořívací prostor (20) hořáku (21), popelníkový prostor (27) a ve stěně (6) dvouplášťového válce (3) palivového bloku (1) pod žárotrubným výměníkem (8), v místě kde je tato stěna (6) společná pro palivový blok (1) i spalinový blok (2) je proveden spalinový otvor (23). - 3 -
2. Kombinovaný teplovodní kotel pro spalování tuhých a ušlechtilých paliv podle nároku 1, vyznačený tím, že uvnitř dvouplášťového válce (3) palivového bloku (1), pod dvojitým víkem (12), je provedena vodou chlazená spalovací komora (13) pro tuhá paliva, jejíž průřez je ve spodní části zmenšen kuželovým přechodem (14), a ve zmenšeném průřezu je instalována kruhová vzduchová tryska (1), dále směrem ke dnu () je vytvořen dohořívací prostor (16) palivového bloku (1), omezený ve spodní části vyzdívkou (18) s kruhovým otvorem (19), ve kterém je umístěn výklopný rošt (17) a mezi výklopným roštem (17) a dnem () je proveden popelníkový prostor (26) palivového bloku (1). 2 výkresy - 4 -
- -
Konec dokumentu - 6 -