ОТОПИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА НА БИОМАССЕ С ОПТИМИЗИРОВАННОЙ ОБРАБОТКОЙ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ
BIOMASS HEATING PLANT WITH OPTIMIZED FLUE GAS TREATMENT

Область техники
Изобретение относится к отопительной установке на биомассе с оптимизированной обработкой дымовых газов.
Прежде всего, изобретение относится к рециркулирующему устройству для отопительной установки на биомассе по меньшей мере с одной смесительной камерой, а также конденсатору дымовых газов и переходному шнеку.
Уровень техники
Отопительные установки на биомассе, прежде всего котлы на биомассе, известны в диапазоне мощности от 20 до 500 кВт. Биомасса может рассматриваться в качестве недорогого, местного, не подверженного кризисам и безвредного для окружающей среды топлива. В качестве сжигаемой биомассы или в качестве твердого топлива имеются, например, щепа или пеллеты.
Чаще всего, пеллеты состоят из древесной стружки, опилок, биомассы или других материалов, которые спрессованы в небольшие диски или цилиндры с диаметром примерно от 3 до 15 мм и длиной от 5 до 30 мм. Щепа (также называемая древесной щепой, древесной стружкой или стружкой) является измельченной с помощью режущих инструментов древесиной.
Отопительные установки на биомассе для топлива в форме пеллет или щепы имеют по существу котел с топочной камерой (камерой сжигания) и примыкающее к нему теплообменное устройство. По причине ужесточенных установленных законом правовых норм во многих странах отопительные установки на биомассе также имеют фильтр для мелкой пыли. Как правило, имеется также другое различное оборудование, такое как устройства подачи топлива, регулировочные устройства, датчики, предохранительные термостаты, кнопочные выключатели, система возврата дымовых газов или отработавших газов, устройство очистки котла и отдельный резервуар для топлива.
У топочной камеры обычно предусматриваются устройство для подвода топлива, устройство для подвода воздуха и устройство для зажигания топлива. Устройство для подвода воздуха, в свою очередь, обычно имеет воздуходувку низкого давления, чтобы, предпочтительным образом, оказывать влияние на термодинамические факторы при сжигании в топочной камере. Устройство для подвода топлива может быть, например, оснащено боковой задвижкой (так называемое сжигание с поперечной подачей). При этом топливо подается в камеру сбоку посредством шнека или поршня.
В топочной камере сжигания с неподвижным слоем также обычно предусмотрена колосниковая решетка, на которую по существу непрерывно подается и сжигается топливо. Эта колосниковая решетка поддерживает топливо для сжигания и имеет отверстия, например щели, которые делают возможным проход к топливу части воздуха для сжигания в качестве первичного воздуха. Помимо этого, колосниковая решетка может быть выполнена неподвижной или подвижной. Помимо этого, существуют топки с колосниковой решеткой, у которых воздух для сжигания подводится не через колосниковую решетку, а только сбоку.
При прохождении первичного воздуха через колосниковую решетку колосниковая решетка, в частности, также охлаждается, за счет чего оберегается материал. Помимо этого, при недостаточном подводе воздуха на колосниковой решетке может происходить шлакообразование. Прежде всего, топки, которые должны питаться разными топливами, чем, прежде всего, занимается настоящее раскрытие, имеют присущую им проблему, что разные топлива имеют разные температуры плавления золы, содержания воды и разное поведение топлива. За счет этого является проблематичным выполнение отопительной установки, которая является в одинаковой степени хорошо пригодной для разных топлив. Кроме того, топочная камера обычно может разделяться на первичную зону сжигания (непосредственное сжигание топлива на колосниковой решетке, а также в газовом пространстве над ней для подвода дополнительного воздуха для сжигания) и вторичную зону сжигания (зону дожита дымового газа после дополнительного подвода воздуха). В топочной камере происходят сушка, пиролитическое разложение, а также газификация топлива и выгорание древесного угля. Кроме того, для полного сжигания образующихся горючих газов в одной или нескольких стадиях (вторичный воздух или третичный воздух) в начало вторичной зоны сжигания подается дополнительный воздух для сжигания.
Сжигание пеллет или щепы после сушки имеет по существу две фазы. В первой фазе топливо за счет высоких температур и воздуха, который может вдуваться в топочную камеру, по меньшей мере, частично пиролитически разлагается и превращается в газ. Во второй фазе происходит сжигание превращенных в газ долей, а также сжигание возможно присутствующего остаточного топлива (например, древесного угля). В этом отношении топливо газифицируется и образовавшийся газ, а также содержащийся в нем древесный уголь, совместно сжигаются.
Под пиролизом понимают термическое разложение твердых веществ без доступа кислорода. Пиролиз может быть разделен на первичный и вторичный пиролиз. Продуктами первичного пиролиза являются пиролизный кокс и пиролизные газы, причем пиролизные газы могут подразделяться на конденсируемые при комнатной температуре и не конденсируемые газы. Первичный пиролиз происходит приблизительно при 250-450°С, а вторичный пиролиз приблизительно при 450-600°С. Происходящий в дальнейшем вторичный пиролиз основывается на дальнейшей реакции первично образовавшихся продуктов пиролиза. Сушка и пиролиз происходят, по меньшей мере, в значительной степени без участия воздуха, так как из частиц выделяются летучие СН-соединения, и поэтому воздух не может достигать поверхности частиц. Газификация может рассматриваться как часть окисления, образовавшиеся при пиролитическом разложении твердые, жидкие и газообразные продукты посредством дальнейшего теплового воздействия приводятся в реакцию. Это происходит при добавлении газифицирующего агента, такого как воздух, кислород, водяной пар или диоксид углерода. Значение лямбда при газификации больше нуля и меньше единицы. Газификация происходит примерно при приблизительно от 300 до 850°С или даже до 1200°С. Полное окисление с избытком воздуха (лямбда больше 1) происходит затем за счет дополнительной подачи воздуха в этот процесс. Продуктами реакции являются по существу диоксид углерода, водяной пар и зола. У всех фаз границы являются не жестко установленными, а расплывающимися. Посредством предусмотренного на выходе отработанного газа котла лямбда датчика процесс сжигания может, предпочтительно, регулироваться.
Выражаясь в общем, коэффициент полезного действия сжигания за счет преобразования пеллет в газ повышается, поскольку газообразное топливо лучше смешивается с воздухом для сжигания и, тем самым, подвергается более полному превращению и получается меньший выброс вредных веществ, меньше не сожженных частиц и золы (летучей золы или частиц пыли).
2
2
2
При сжигании биомассы образуются газообразные или переносимые воздухом продукты сжигания, главными составными частями которых являются углерод, водород и кислород. Они могут подразделяться на выбросы при полном окислении, при неполном окислении и веществ из следовых элементов или загрязнений. В отношении выбросов при полном окислении речь идет по существу о диоксиде углерода (СО) и водяном паре (НО). Целью сжигания является образование диоксида углерода из углерода биомассы, поскольку высвободившаяся энергия может быть так более полно использована. Выделение диоксида углерода (СО) происходит в значительной степени пропорционально содержанию углерода в сожженном количестве топлива, поэтому диоксид углерода является также зависимым от вырабатываемой полезной энергии. Уменьшение может быть по существу достигнуто только посредством улучшения коэффициента полезного действия. Также образуются остатки сжигания, как, например, зола или также шлак.
Впрочем, описанными выше сложными процессами сжигания управлять не так просто. Так, например, в более общем смысле существует потребность улучшения в отношении процессов сжигания в отопительных установках на биомассе.
Кроме того, наряду с подводом воздуха в топочную камеру, известны устройства возврата дымовых газов или отработавших газов, которые возвращают отработавший газ из котла для охлаждения и повторного сжигания в топочной камере. При этом согласно уровню техники обычно существуют отверстия в топочной камере для подвода первичного воздуха через питающий топочную камеру воздуховод и, кроме того, в топочной камере существуют расположенные по периметру отверстия для подвода вторичного воздуха из вторичного воздуховода. Рециркуляция дымовых газов может происходить под или над колосниковой решеткой. Помимо этого, рециркуляция дымовых газов может происходить в смеси с воздухом для сжигания или отдельно.
Дымовой газ или отработавший газ сжигания в топочной камере подводится к теплообменнику, так что горячие газообразные продукты сгорания протекают через теплообменник, чтобы переносить тепло на теплообменную среду, в отношении которой речь обычно идет о воде при примерно 80°С (обычно между 70°С и 110°С). Помимо этого, котел обычно имеет радиационную часть, которая встроена в топочную камеру, и конвективную часть (примыкающего к ней теплообменника).
В отношении устройства зажигания речь идет большей частью об устройстве горячего воздуха или устройстве накаливания. В первом случае сжигание запускается за счет того, что к топочной камере подводится горячий воздух, причем горячий воздух нагревается посредством электрического сопротивления. Во втором случае устройство накаливания имеет свечу накаливания / зажигательный стержень или несколько свечей накаливания для нагревания пеллет или щепы посредством прямого контакта, пока не начнется процесс сжигания. Свечи накаливания могут быть также снабжены двигателем, чтобы во время фазы зажигания оставаться в соприкосновении с пеллетами или щепой и затем возвращаться назад, чтобы не оставаться подвергаемыми действию пламени. Это решение является склонным к износу и дорогостоящим.
В принципе, у обычных отопительных установок га биомассе имеется проблема, что газообразные или твердые выбросы являются слишком высокими, что коэффициент полезного действия является слишком низким и что выбросы пыли являются слишком высокими. Помимо этого, является проблематичным изменяющееся качество по причине изменяющегося содержания воды и кусковатости топлива, чем затрудняется более равномерное выгорание топлива с меньшими выбросами. Прежде всего, у отопительных установок на биомассе, которые должны быть пригодными для разных видов биологического или биогенного топлива, изменяющееся качество и консистенция топлива усложняет поддерживание постоянно высокой эффективности отопительной установки на биомассе. В этом отношении существует значительная потребность в оптимизации.
Недостаток обычных отопительных установок на биомассе для пеллет может заключаться в том, что пеллеты, которые падают в топочную камеру, могут выкатиться или соскользнуть решетки или колосниковой решетки или упасть рядом с колосниковой решеткой и попасть в область топочной камеры, в которой температура ниже или в которой плохой подвод воздуха, или они даже могут упасть в самую нижнюю камеру котла или зольную шахту. Пеллеты, которые не остаются на решетке или колосниковой решетке, сгорают не полностью и за счет этого становятся причиной плохого коэффициента полезного действия, чрезмерного количества золы и определенного количества не сгоревших частиц вредных веществ. Это является справедливым для пеллет, а также для щепы.
По этой причине известные отопительные установки на биомассе для пеллет имеют вблизи решетки или колосниковой решетки и/или на выходе газообразных продуктов сгорания, например, отражательный лист, чтобы удерживать топливные элементы на определенном месте. У некоторых котлов на внутренней стороне топочной камеры предусмотрены выступы, чтобы предотвращать падение пеллет в систему золоудаления и/или в самую нижнюю камеру котла. Однако на этих отражательных листах или выступах могут, в свою очередь, накапливаться остаточные продукты сжигания, что затрудняет очистку и может препятствовать воздушным потокам в топочной камере, что, в свою очередь, снижает эффективность. Помимо этого, этот отражательный лист требует своих затрат на изготовления и монтаж. Это является справедливым для пеллет, а также для щепы.
Отопительные установки на биомассе для таблеток или щепы имеют следующие дополнительные недостатки или проблемы.
Одна проблема заключается в том, что неполное сгорание вследствие неравномерного распределения топлива на колосниковой решетке и вследствие неоптимального смешения воздуха и топлива способствует накоплению и осыпанию несгоревшей золы через отверстия ввода воздуха, которые ведут непосредственно к колосниковой решетке, или от конца колосниковой решетки в воздушные каналы или область подвода воздуха.
Это является особо мешающим и вызывает частые прерывания, чтобы проводить техническое обслуживание, такое как очистка. По этим причинам в топочной камере обычно поддерживается большой избыток воздуха, однако вследствие этого снижаются температура пламени и эффективность сжигания и это приводит к высоким выбросам несгоревших газов (например, СО, СуНу), NOx и пыли (например, за счет усиленного вихреобразования).
Использование воздуходувки с низким напором не обеспечивает подходящего вихревого течения воздуха в топочной камере и не делает возможным оптимальное смешение воздуха и топлива. Обычно является затруднительным образование в обычных топочных камерах оптимального вихревого течения.
Другая проблема известных горелок без разбивки воздуха на ступени заключается еще и в том, что обе фазы, превращение пеллет в газ и сжигание, происходят посредством одного количества воздуха одновременно во всей топочной камере, вследствие чего эффективность снижается.
Помимо этого, существует потребность в оптимизации, прежде всего также у теплообменников отопительных устройств на биомассе согласно уровню техники, то есть их эффективность могла бы быть повышена. Также существует потребность в улучшении в отношении часто затруднительной и неэффективной очистки обычных теплообменников.
То же самое справедливо для обычных электрофильтров отопительных установок на биомассе. Их коронирующие и осадительные электроды систематически засоряются остатками сжигания, что ухудшает образование электрического поля для фильтрования и эффективность фильтрования.
Задачей изобретения может быть разработка отопительной установки на биомассе по гибридной технологии, которая имеет малые выбросы (прежде всего, в отношении тонкой пыли, СО, углеводородов, NOx), которая может приспособляемо в отношении топлива эксплуатироваться со щепой и пеллетами и которая имеет высокий коэффициент полезного действия и которая при известных условиях имеет оптимизированную обработку дымового газа.
При этом согласно изобретению и дополнительно играют роль следующие соображения:
Гибридная технология должна делать возможным как использование пеллет, так и щепы с содержаниями воды между 8 и 55 процентами по массе.
3
2
Должны быть достигнуты низкие газообразные выбросы (меньше чем 50 или 100 мг/нм) в расчете на сухой дымовой газ и 13 процентов по объему О).
3
3
Следует стремиться к низким выбросам пыли меньше 15 мг/нм при эксплуатации без электрофильтров и меньше 5 мг/нм с электрофильтрами.
Должен быть достигнут высокий коэффициент полезного действия до 98% в расчете на подводимую энергию топлива (теплоту сгорания).
Помимо этого, можно предусмотреть, что должна быть оптимизирована эксплуатация установки. Например, должны стать возможными простое удаление золы, простая очистка или простое техническое обслуживание.
Помимо этого, должна иметься высокая эксплуатационная готовность установок.
При этом поставленная выше задача или потенциальные постановки отдельных проблем могут относиться к отдельным частичным аспектам всей установки, например к топочной камере, теплообменнику или электрической фильтровальной установке или конденсатору дымового газа.
Под оптимизированной обработкой дымового газа следует понимать все те меры, с помощью которых дымовой газ или сжигание могут быть улучшены. Это может, например, включать в себя меры, которые выполняют отопительную установку на биомассе с меньшими выбросами, более энергетически эффективной или более экономичной и которые сохраняют гидродинамическую и/или физическую обработку дымового газа. Под общее понятие обработки дымового газа попадают, например, также разъясненные ниже конденсация дымового газа или также разъясненная ниже рециркуляция дымового газа.
Эти названные выше задача(-и) решена(-ны) посредством предметов независимых пунктов формулы изобретения. Другие аспекты и предпочтительные усовершенствования являются предметов зависимых пунктов формулы изобретения.
Согласно одному аспекту настоящего раскрытия предусмотрена отопительная установка на биомассе для сжигания топлива в виде пеллет и/или щепы, причем установка имеет следующее: котел с топочным устройством, теплообменником с входом и выходом, причем топочное устройство имеет топочную камеру с первичной зоной сжигания и предусмотренной ниже по потоку от нее вторичную зону сжигания, причем топочное устройство имеет поворотную колосниковую решетку, на которой может сжигаться топливо, причем вторичная зона сжигания топочной камеры гидродинамически соединена с входом теплообменника, причем первичная зона сжигания ограничена сбоку несколькими кирпичами топочной камеры.
Преимущества этой конфигурации и также следующие аспекты получаются из нижеследующего описания соответствующих примеров осуществления.
Согласно одному усовершенствованию вышеупомянутого аспекта предусмотрена отопительная установка на биомассе, которая, помимо этого, имеет: рециркулирующее устройство для рециркуляции образовавшегося при сжигании топлива в топочном устройстве дымового газа, причем рециркулирующее устройство имеет следующее: вход рециркуляции, который предусмотрен ниже по потоку относительно выхода теплообменника и гидродинамически соединен с ним, и канал первичного воздуха для подвода первичного воздуха, первичный смесительный блок с первичной смесительной камерой и первичным смесительным каналом, причем первичная смесительная камера предусмотрена ниже по потоку относительно входа рециркуляции и канала первичного воздуха и гидродинамически соединена с ними, и по меньшей мере два воздушных клапана, которые предусмотрены на первичной смесительной камере со стороны входа, и первичный проход в первичную зону сжигания, который предусмотрен ниже по потоку относительно первичного смесительного канала и гидродинамически связан с ним, причем первичный проход предусмотрен выше по потоку относительно поворотной колосниковой решетки, причем первичный смесительный блок выполнен так, что он может смешивать дымовой газ из входа рециркуляции с первичным воздухом из канала первичного воздуха посредством по меньшей мере двух воздушных клапанов первичной смесительной камеры.
Согласно одному усовершенствованию вышеупомянутого аспекта предусмотрена отопительная установка на биомассе, причем первичный смесительный канал непосредственно соединен с выходом первичной смесительной камеры первичной смесительной камеры, и первичный смесительный канал предусмотрен ниже по потоку относительно первичной смесительной камеры.
Согласно одному усовершенствованию вышеупомянутого аспекта предусмотрена отопительная установка на биомассе, причем первичный смесительный канал простирается прямолинейно и от начала до конца имеет минимальную длину 700 мм.
Согласно одному усовершенствованию вышеупомянутого аспекта предусмотрена отопительная установка на биомассе, причем воздушные клапаны первичной смесительной камеры являются золотниковыми клапанами.
Согласно одному усовершенствованию вышеупомянутого аспекта предусмотрена отопительная установка на биомассе, которая, помимо этого, имеет следующее: первичная смесительная камера на стороне выхода имеет выход первичной смесительной камеры, и первичная смесительная камера на стороне входа имеет по меньшей мере два клапанных проходных отверстия, и первичная смесительная камера выполнена так, что по меньшей мере два клапанных проходных отверстия и выход первичной смесительной камеры не расположены друг против друга через первичную смесительную камеру, так что входящие через по меньшей мере два клапанных проходных отверстия в первичную смесительную камеру потоки в первичной смесительной камере изменяют направление или отклоняются.
Согласно одному усовершенствованию вышеупомянутого аспекта предусмотрена отопительная установка на биомассе, причем рециркулирующее устройство к тому же имеет: канал вторичного воздуха для подвода вторичного воздуха, вторичный смесительный блок с вторичной смесительной камерой и вторичным смесительным каналом, причем вторичная смесительная камера предусмотрена ниже по потоку относительно входа рециркуляции и канала вторичного воздуха и гидродинамически соединена с ними, и по меньшей мере два воздушных клапана, которые предусмотрены на стороне входа вторичной смесительной камеры, и сопла вторичного воздуха, которые предусмотрены в кирпичах поточной камеры и которые ориентированы в сторону в первичную зону сжигания и которые предусмотрены ниже по потоку относительно вторичной смесительной камеры и гидродинамически соединены с ней, причем второй смесительный блок выполнен так, что он смешивать дымовой газ из входа рециркуляции с вторичным воздухом из канала вторичного воздуха посредством по меньшей мере двух воздушных клапанов вторичной смесительной камеры.
Согласно одному усовершенствованию вышеупомянутого аспекта предусмотрена отопительная установка на биомассе, причем рециркулирующее устройство, помимо этого, имеет следующее: канал вторичного воздуха для подвода вторичного воздуха, канал вторичного термостатирования, причем канал вторичного термостатирования предусмотрен ниже по потоку относительно канала вторичного воздуха и гидродинамически соединен с ним, и по меньшей мере один воздушный клапан, который предусмотрен на стороне входа на канале вторичного термостатирования между каналом вторичного термостатирования и каналом вторичного воздуха, и сопла вторичного воздуха, которые предусмотрены в кирпичах топочной камеры и которые направлены сбоку в топочную камеру и которые предусмотрены ниже по потоку относительно канала вторичного термостатирования и гидродинамически соединены с ним, причем канал вторичного термостатирования выполнен так, что он может подогревать дымовой газ перед его входом в топочную камеру.
Согласно одному усовершенствованию вышеупомянутого аспекта предусмотрена отопительная установка на биомассе, которая, помимо этого, имеет следующее: электростатическое фильтровальное устройство для фильтрования дымового газа, конденсатор дымового газа, который предусмотрен ниже по потоку относительно электростатического фильтровального устройства и гидродинамически соединен с ним, причем: конденсатор дымового газа имеет первое гидродинамическое подключение и второе гидродинамическое подключение для протекания теплообменной среды через конденсатор дымового газа, и конденсатор дымового газа имеет несколько U-образных труб теплообменника, причем несколько U-образных труб теплообменника расположены группами в первом направлении параллельно друг другу, причем группы труб теплообменника расположены параллельно друг другу во втором направлении, причем группы труб теплообменника гидродинамически соединены последовательно между первым гидродинамическим подключением и вторым гидродинамическим подключением, несколько U-образных труб теплообменника расположены так, что они в отношении протекания дымового газа через несколько труб теплообменника образуют крестообразную противоточную конфигурацию.
Согласно одному усовершенствованию вышеупомянутого аспекта предусмотрена отопительная установка на биомассе, причем несколько U-образных труб теплообменника расположены так, что они образуют во втором направлении гидродинамически проходные проходы для протекания дымового газа, причем проходы имеют минимальную ширину SP2 (в первом направлении) 6,0 мм±2 мм.
Согласно одному усовершенствованию вышеупомянутого аспекта предусмотрена отопительная установка на биомассе, причем концы всех U-образных труб теплообменника расположены с размещением в пластинчатом базовом элементе труб, и несколько, от 7 до 12, предпочтительно от 8 до 10, труб 493 теплообменника расположены в виде группы в первом направлении, несколько, от 8 до 14, предпочтительно от 10 до 12, групп труб 493 теплообменника расположены во втором направлении.
Согласно одному усовершенствованию вышеупомянутого аспекта предусмотрена отопительная установка на биомассе, причем U-образные трубы теплообменника имеют максимальную длину 421 мм±50 мм, и/или состоят из материала 1.4462 (в действующей на дату подачи заявки редакции определения этого материала).
Согласно одному усовершенствованию вышеупомянутого аспекта предусмотрена отопительная установка на биомассе, которая, помимо этого, имеет следующее: шнек для выгрузки золы для транспортировки остатков сжигания из котла, причем шнек для выгрузки золы имеет переходной шнек, который расположен в корпусе переходного шнека с возможностью вращения и имеет противоход.
Согласно одному усовершенствованию вышеупомянутого аспекта предусмотрена отопительная установка на биомассе, причем остатки сжигания в корпусе переходного шнека при вращении шнека для выгрузки золы спрессовываются так, что они, по меньшей мере, по существу отделяют или герметично уплотняют в отношении дымового газа остатки сжигания между топочной камерой и выходом теплообменника.
Согласно одному усовершенствованию вышеупомянутого аспекта предусмотрена отопительная установка на биомассе, причем корпус промежуточного шнека имеет открытое вверх отверстие, которое окружено воронкообразным элементом, и противоход переходного шнека выполнен так, что остатки сжигания при вращении шнека для выгрузки золы выводятся из отверстия вверх.
Согласно одному усовершенствованию вышеупомянутого аспекта предусмотрена отопительная установка на биомассе, причем шнек для выгрузки золы на одной стороне переходного шнека имеет больший диаметр, чем на другой стороне переходного шнека.
"Горизонтально" в настоящем случае может обозначать ориентацию оси или поперечного сечения при предположении, что котел установлен также горизонтально, в связи с чем, например, базовой точкой может быть уровень земли. Факультативно, "горизонтально" в настоящем случае может означать "параллельно" основной плоскости котла 11, как это обычно определяется. Помимо этого, факультативно, прежде всего, при отсутствии базовой плоскости, "горизонтально" может пониматься как "параллельно" плоскости сжигания колосниковой решетки.
Хотя все вышеуказанные отдельные признаки и подробности аспекта изобретения и усовершенствованных вариантов этого аспекта описаны в связи с отопительной установкой на биомассе, все эти отдельные признаки и подробности раскрыты также как независимые от отопительной установки на биомассе.
Прежде всего, независимо от отопительной установки на биомассе описаны устройство рециркуляции дымового газа, переходной шнек, первичный смесительный блок, вторичный смесительный блок и конденсатор дымового газа и, соответственно, могут быть предметом претензий независимо от нее.
В этом отношении дополнительно раскрыто рециркулирующее устройство для рециркуляции образовавшегося при сжигании топлива в топочном устройстве дымового газа, причем рециркулирующее устройство имеет следующее: вход рециркуляции, который выполнен так, чтобы быть предусмотренным ниже по потоку относительно выхода теплообменника и быть гидродинамически соединенным с ним, и канал первичного воздуха для подвода первичного воздуха, первичный смесительный блок с первичной смесительной камерой и первичным смесительным каналом, причем первичная смесительная камера предусмотрена ниже по потоку относительно входа рециркуляции и канала первичного воздуха и гидродинамически соединена с ними, и по меньшей мере два воздушных клапана, которые предусмотрены на стороне входа первичной смесительной камеры, и первичный проход в первичную зону сжигания, который предусмотрен ниже по потоку относительно первичного смесительного канала и гидродинамически связан с ним, причем первичный смесительный блок выполнен так, что может смешивать дымовой газ из входа рециркуляции с первичным воздухом из канала первичного воздуха посредством по меньшей мере двух воздушных клапанов первичной смесительной камеры.
Это рециркулирующее устройство может комбинироваться с другими раскрытыми здесь аспектами так, как специалист признает это технически выполнимым.
Опция рециркуляции дымового газа может происходить или только в виде рециркуляции дымового газа под колосниковую решетку с первичным воздухом или также в виде рециркуляции дымового газа под и над колосниковой решеткой (то есть, с первичным и вторичным воздухом). Рециркуляция дымового газа над колосниковой решеткой служит улучшенному перемешиванию и регулированию температуры в топочной камере и кирпичах топочной камеры. Рециркуляция дымового газа под решетку также служит регулированию температуры (однако здесь регулированию температуры слоя топлива) и может оказывать влияние на продолжительность выжигания слоя топлива, чем могут выравниваться или уменьшаться различия между, например, щепой и пеллетами.
Помимо этого, раскрыт конденсатор дымового газа, который может быть соединен с выходом отработавшего газа котла, причем: конденсатор дымового газа имеет первое подключение текучей среды и второе подключение текучей среды для протекания теплообменной среды через конденсатор дымового газа, и конденсатор дымового газа имеет несколько U-образных труб теплообменника, причем несколько U-образных труб теплообменника расположены группами параллельно друг другу в первом направлении, причем группы труб теплообменника расположены параллельно друг другу во втором направлении, причем группы труб теплообменника гидродинамически соединены последовательно между первым гидродинамическим подключением и вторым гидродинамическим подключением, несколько U-образных труб теплообменника расположены так, что они в отношении протекания дымового газа через несколько труб теплообменника образуют крестообразную противоточную конфигурацию.
Этот конденсатор дымового газа может комбинироваться с другими раскрытыми здесь аспектами так, как специалист признает это технически выполнимым. Прежде всего, раскрыта предпочтительная комбинация из конденсатора дымового газа и электрического фильтровального устройства.
Помимо этого, раскрыт шнек для выгрузки золы для транспортировки остатков сжигания из котла отопительной установки на биомассе, причем шнек для выгрузки золы имеет переходной шнек, который расположен в корпусе переходного шнека с возможностью вращения и имеет противоход.
Этот шнек для выгрузки золы может комбинироваться с другими раскрытыми здесь аспектами и отдельными признаками так, как специалист признает это технически выполнимым.
Отопительная установка на биомассе согласно изобретению будет ниже более подробно разъяснена в приведенных в качестве примеров примерах осуществления и отдельных аспектах со ссылкой на фигуры чертежей.
Фиг. 1 - показывает трехмерный обзорный вид отопительной установки на биомассе согласно одному варианту осуществления изобретения,
Фиг. 2 - показывает вид в поперечном сечении через отопительную установку на биомассе согласно фиг. 1, который выполнен вдоль линии сечения SL1 и который показан при рассмотрении с бокового вида S,
Фиг. 3 - также показывает вид в поперечном сечении через отопительную установку на биомассе согласно фиг. 1 с изображением траекторий потоков, причем вид в поперечном сечении выполнен вдоль линии сечения SL1, и который показан при рассмотрении с бокового вида S,
Фиг. 4 - показывает частичный вид согласно фиг. 2, который представляет геометрию топочной камеры котла согласно фиг. 2 и фиг. 3,
Фиг. 5 - показывает вид в сечении через котел или топочную камеру котла вдоль вертикальной линии сечения А2 согласно фиг. 4,
Фиг. 6 - показывает трехмерный вид в сечении первичной зоны сжигания топочной камеры с поворотной колосниковой решеткой согласно фиг. 4,
Фиг. 7 - показывает соответственно фиг. 6 вид в разобранном виде кирпичей топочной камеры,
Фиг. 8 - показывает вид на поворотную колосниковую решетку с элементами поворотной колосниковой решетки сверху из вида линии сечения А1 согласно фиг. 2,
Фиг. 9 - показывает поворотную колосниковую решетку согласно фиг. 2 в закрытом положении, причем все три элемента поворотной колосниковой решетки ориентированы горизонтально или закрыты,
Фиг. 10 - показывает поворотную колосниковую решетку согласно фиг. 9 в состоянии частичной очистки поворотной колосниковой решетки в режиме поддержания пламени,
Фиг. 11 - показывает поворотную колосниковую решетку согласно фиг. 9 в состоянии полной очистки, которая выполняется, предпочтительно, во время простоя установки,
Фиг. 12 - показывает выделенный вид под углом приведенного в качестве примера рециркулирующего устройства с кирпичами топочной камеры, которые окружают первичную зону сжигания,
Фиг. 13 - показывает выделенный полупрозрачный вид под углом рециркулирующего устройства согласно фиг. 12,
Фиг. 14 - показывает вид сбоку рециркулирующего устройства 5 согласно фиг. 12 и фиг. 13,
Фиг. 15 - показывает схематическую блок-схему, которая показывает траектории потоков в соответствующих отдельных компонентах отопительной установки на биомассе и рециркулирующем устройстве согласно фиг. 12-14,
Фиг. 16 - показывает соответственно внешним видам согласно фиг. 12 и фиг. 13 вид в сечении под наклонным углом зрения приведенной в качестве примера первичной смесительной камеры, а также двух расположенных на стороне входа клапанов 52 (первичного) воздуха с их (первичными) клапанными форкамерами 525,
Фиг. 17 - показывает соответственно внешним видам согласно фиг. 12 и фиг. 13 относительно факультативной вторичной рециркуляции вид в сечении под другим наклонным углом зрения приведенной в качестве примера вторичной смесительной камеры, а также двух расположенных на стороне входа клапанов (вторичного) воздуха с их (вторичными) клапанными форкамерами,
Фиг. 18 - показывает трехмерный обзорный вид отопительной установки на биомассе согласно фиг. 1 с дополнительной внешней облицовкой и дополнительным конденсатором дымового газа,
Фиг. 19А - показывает конденсатор 49 дымового газа согласно фиг. 18 на виде сбоку из направления стрелки Н согласно фиг. 18,
Фиг. 19Б - показывает конденсатор 49 дымового газа согласно фиг. 18 на виде сбоку из направления стрелки Y согласно фиг. 18,
Фиг. 20 - показывает внутренний вид конденсатора дымового газа согласно фиг. 18 и фиг. 19,
Фиг. 21 - показывает конденсатор дымового газа из вида сверху с видом в отверстие для подвода дымового газа конденсатора дымового газа,
Фиг. 22 - показывает конденсатор дымового газа согласно фиг. 18 из вида горизонтального сечения сверху,
Фиг. 23 - показывает трехмерный вид нескольких труб теплообменника с базовым элементом труб и держателем труб,
Фиг. 24 - показывает вид сбоку нескольких труб теплообменника согласно фиг. 23,
Фиг. 25 - показывает вид сверху на несколько труб теплообменника согласно фиг. 23,
Фиг. 26 - показывает вид сверху на несколько труб теплообменника согласно фиг. 23,
Фиг. 27А - показывает выделенный из фиг. 2 и фиг. 3 вид в сечении шнека для выгрузки золы с переходным шнеком,
Фиг. 27Б - показывает трехмерный вид под углом шнека для выгрузки золы согласно фиг. 27А,
Фиг. 28 - показывает трехмерный вид под углом корпуса переходного шнека,
Фиг. 29 - показывает подробный вид вида в сечении шнека для выгрузки золы с переходным шнеком согласно фиг. 27А,
Фиг. 30 - показывает выделенный полупрозрачный вид под углом рециркуляционного устройства согласно другому варианту осуществления,
Фиг. 31 - показывает схематическую блок-схему, которая раскрывает траектории потоков в соответствующих отдельных компонентах отопительной установки на биомассе и рециркулирующем устройстве из фиг. 30 согласно другому варианту осуществления.
Описание приводимых в качестве примеров вариантов осуществления
В дальнейшем, исключительно в качестве примеров раскрыты разные варианты осуществления настоящего раскрытия со ссылкой на прилагаемые чертежи. Однако варианты осуществления и использованные в них понятия не должны служить ограничению настоящего раскрытия определенными вариантами осуществления, и они должны интерпретироваться так, что они содержат разные изменения, эквиваленты и/или альтернативы согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия.
Если в описании должны были использоваться общие понятие для показанных на фигурах признаков или элементов, то предполагается, что для специалиста на фигурах раскрываются не только специальные признаки или элементы, но и общие технические решения.
В отношении описания фигур, на отдельных фигурах могут использоваться одинаковые ссылочные обозначения, чтобы делать ссылки на похожие или технически соответствующие элементы. Помимо этого, для наглядности на отдельных подробных видах или видах в сечении могут быть представлены больше элементов или признаков со ссылочными обозначениями, чем на общих видах. При этом следует исходить из того, что эти элементы или признаки также соответственно раскрыты на общих видах, даже если они там явно не приведены.
Следует понимать, что единственная форма существительного, которая соответствует предмету, может включать в себя один или несколько предметов, если только соответствующий контекст не указывает однозначно на что-то другое.
В настоящем раскрытии выражение, такое как "А или Б", "по меньшей мере одно из А и/или Б" или "одно или более из А и/или Б" может включать в себя все возможные комбинации совместно приведенных признаков. Выражения, такие как "первый", "второй", "первичный" или "вторичный", которые здесь используются, могут представлять разные элементы независимо от их последовательности и/или значения и не ограничивают соответствующие элементы. Если описывается, что элемент (например, первый элемент) "функционально" или "коммуникативно" связан или соединен с другим элементом (например, вторым элементом), то элемент может непосредственно связываться с другим элементом или связываться с другим элементом через другой элемент (например, третий элемент).
Использованное в данном раскрытии выражение "сконфигурирован, чтобы" (или "выполнен") может быть, например, заменено на "пригоден для", "пригоден, чтобы", "приспособлен к", "сделан для", "способен к" в зависимости от технических возможностей. Факультативно, в определенной ситуации выражение "устройство сконфигурировано, чтобы" или "выполнено, чтобы" может означать, что устройство может работать вместе с другим устройством или компонентом или может выполнять соответствующую функцию.
Все данные о размерах, которые указаны в "мм" следует понимать как диапазон размеров ±1 мм вокруг указанного значения, если явно не указаны другие допуски или другие диапазоны.
Следует заметить, что настоящие отдельные аспекты, например поворотная колосниковая решетка, топочная камера или фильтровальное устройство отдельно или раздельно от отопительной установки на биомассе раскрыты здесь в качестве отдельных частей или отдельных устройств. Следовательно, специалисту понятно, что здесь также отдельные аспекты или части установок раскрыты сами по себе. В данном случае отдельные аспекты или части установки, прежде всего, раскрыты в обозначенных скобками подразделах. Предусмотрено, что эти отдельные аспекты также могут быть предметом претензий.
Помимо этого, для наглядности на фигурах не всегда отдельно обозначены все признаки и элементы, прежде всего, если они повторяются. Более того, элементы и признаки, смотря по обстоятельствам, обозначаются для примера. Тогда аналогичные или одинаковые элементы следует понимать как таковые.
(Отопительная установка на биомассе)
На фиг. 1 показан трехмерный общий вид отопительной установки 1 на биомассе согласно приведенному в качестве примера варианту осуществления изобретения.
Стрелка V на фигурах обозначает вид спереди установки 1, а стрелка S на фигурах обозначает вид сбоку установки 1.
Отопительная установка 1 на биомассе имеет котел 11, который опирается на основание 12 котла. Котел 11 имеет корпус 13 котла, например, из листовой стали.
В передней части котла 11 находится устройство 2 для сжигания (не показано), которое может быть доступно через первое отверстие для технического обслуживания с крышкой 21. На держателе 22 механизма поворота для поворотной колосниковой решетки 25 (не показана) закреплен механизм 23 поворота, с помощью которого движущиеся силы могут передаваться на подшипниковую ось 81 поворотной колосниковой решетки 25.
В центре котла 11 находится теплообменник 3 (не показан), который может быть доступен сверху через второе отверстие 31 для технического обслуживания с замком.
В задней части котла 11 находится факультативное фильтровальное устройство 4 (не показано) с электродом 44 (не показан), который подвешен с помощью изолированного держателя 43 электрода и на который через линию 42 питания электрода подается напряжение. Отработавший газ отопительной установки 1 на биомассе отводится через выходной патрубок 41 отработанных газов, который (по текучей среде) гидродинамически расположен после фильтровального устройства 4. Здесь может быть предусмотрен вентилятор.
За котлом 11 предусмотрено рециркулирующее устройство 5, которое рециркулирует часть дымовых газов или отработавших газов через каналы 51, 53 и 54 и заслонки 52 для охлаждения процесса сжигания и повторного использования при процессе сжигания. Это рециркулирующее устройство 5 будет подробно разъяснено позднее со ссылкой на фиг. 12-17.
Помимо этого, отопительная установка 1 на биомассе имеет устройство 6 подачи топлива, с помощью которого топливо контролируемо транспортируется в топочное устройство 2 в первичную зону 26 сжигания сбоку на поворотную колосниковую решетку 25. Устройство 6 подачи топлива имеет лопастной дозатор 61 с патрубком 65 подвода топлива, причем лопастной дозатор 61 имеет приводной двигатель 66 с электроникой управления. Приводимая в движение приводным двигателем 66 ось 62 приводит в движение механизм 63 передачи, который может приводить в движение (не показанный) шнековый транспортер 67 топлива, так что топливо подается в подводящем канале 64 топлива к топочному устройству 2.
В нижней части отопительной установки 1 на биомассе предусмотрено устройство 7 отвода золы, которое имеет шнековый транспортер 71 отвода золы в канале отвода золы, который приводится в движение двигателем 72.
На фиг. 2 показан вид в сечении через отопительную установку 1 на биомассе согласно фиг. 1, которое выполнено вдоль линии SL1 и которое показано при рассмотрении с бокового вида S. На соответствующей фиг. 3, которая показывает то же сечение, что и фиг.2, для наглядности схематически показаны потоки дымового газа и гидродинамические сечения. Относительно фиг. 3 следует заметить, что отдельные области по сравнению фиг. 2 показаны затемненными. Это служит только наглядности фиг. 3 и видимости стрелок S5, S6 и S7 потоков.
Слева направо на фиг. 2 предусмотрены устройство 2 для сжигания, теплообменник 3 и (факультативное) фильтровальное устройство 4 котла 11. Котел 11 опирается на основание 12 котла и имеет многостенный корпус 13 котла, в котором может циркулировать вода или другая текучая теплообменная среда. Для подвода и отвода теплообменной среды предусмотрены устройство 14 циркуляции воды с насосом, вентилями, трубопроводами и т.п.
Устройство 2 для сжигания имеет топочную камеру 24, в которой, по сути, происходит процесс сжигания топлива. Топочная камера 24 имеет описанную позднее более подробно многоэлементную поворотную колосниковую решетку 25, на которой находятся топливо 28. Многоэлементная поворотная колосниковая решетка 25 расположена с возможностью поворота посредством нескольких подшипниковых осей 81.
Помимо этого, ссылаясь на фиг. 2, первичная зона 26 сжигания топочной камеры 24 окружена (несколькими) кирпичами 29 топочной камеры, причем кирпичи 29 топочной камеры определяют геометрию первичной зоны 26 сжигания. Поперечное сечение первичной зоны 26 сжигания (например) вдоль горизонтальной линии сечения А1 является по существу овальным (например, 380 мм±60 мм × 320 мм±60 мм, при этом следует отметить, что некоторые из вышеупомянутых комбинаций величин также могут давать овальное поперечное сечение). Стрелка S1 схематически показывает поток из сопла вторичного воздуха 291, причем этот поток (он показан чисто схематически) имеет индуцированную соплами 291 вторичного воздуха закрутку, чтобы улучшить перемешивание дымовых газов.
При этом сопла вторичного воздуха 291 выполнены таким образом, что они вводят (предварительно нагретый посредством кирпичей 29 топочной камеры) вторичный воздух тангенциально в топочную камеру 24 с ее в этом месте овальным поперечным сечением. За счет этого возникает вихревой или закрученный поток S1, который приблизительно в виде спирали протекает вверх. Другими словами, образуется протекающий вверх и вращающийся вокруг вертикальной оси спиральный поток.
Таким образом, сопла 291 вторичного воздуха ориентированы так, что они вводят вторичный воздух - при рассмотрении в горизонтальной плоскости - в топочную камеру 24 тангенциально. Другими словами, сопла 291 вторичного воздуха предусмотрены для не ориентированного на центр топочной камеры входа вторичного воздуха. Помимо этого, такой тангенциальный вход может использоваться также в случае круглой геометрии топочной камеры.
При этом все сопла 291 вторичного воздуха ориентированы так, что они приводят или к закрученному вправо или закрученному влево потоку. В этом отношении каждое сопло 291 вторичного воздуха может вносить вклад в образование завихренных потоков, причем каждое сопло 291 вторичного воздуха имеет одинаковую ориентацию. В отношении вышеупомянутого следует заметить, в исключительных случаях отдельные сопла 291 вторичного воздуха могут быть расположены нейтрально (с ориентацией в центр) или противоположно (с противоположной ориентацией), хотя это может ухудшить гидродинамическую эффективность устройства.
Кирпичи 29 топочной камеры образуют внутреннюю облицовку первичной зоны 26 сжигания, накапливают тепло и непосредственно подвергаются действию огня. За счет этого кирпичи 29 топочной камеры также защищают другие материалы топочной камеры 24, например чугун, от прямого воздействия пламени топочной камеры. Кирпичи 29 топочной камеры, предпочтительно, соотнесены с формой колосниковой решетки 25. Помимо этого, кирпичи 29 топочной камеры имеют сопла 291 вторичного воздуха или сопла рециркуляции, которые рециркулируют дымовой газ в первичную зону 26 сжигания для повторного участия в процессе сжигания и, прежде всего, для охлаждения по мере необходимости. При этом сопла 291 вторичного воздух направлены не на центр первичной зоны сжигания, а ацентрически, чтобы вызывать закручивание потока в первичной зоне 26 сжигания (то есть, закрученный и вихревой поток, которые будет более подробно разъяснен ниже). Кирпичи 29 топочной камеры будут более подробно описаны ниже. На входе котельных труб предусмотрена изоляция 311. Овальная форма первичной зоны 26 сжигания (и сопла), а также длина и положением сопел 291 вторичного воздуха, предпочтительно, способствуют образованию и поддержанию завихренного потока, предпочтительно, до перекрытия топочной камеры 24.
Вторичная зона 27 сжигания примыкает или на высоте сопел 291 топочной камеры (при рассмотрении функционально или теплотехнически) или на высоте сопла 203 топочной камеры (при рассмотрении чисто структурно или конструктивно) к первичной зоне 26 сжигания топочной камеры 26 и задает радиационную часть топочной камеры 26. В радиационной части образовавшийся при сжигании дымовой газ отдает свою тепловую энергию главным образом посредством теплового излучения, прежде всего, к теплообменной среде, которая находится в обеих левых камерах 38.
Соответствующие потоки дымового газа показаны на фиг. 3 посредством стрелок S2 и S3 чисто для примера. Эти вихревые течения, смотря по обстоятельствам, включают в себя небольшие обратные потоки или другие турбулентности, которые представлены посредством чисто схематических стрелок S2 и S3. Однако основной принцип проявления потоков в топочной камере 24, исходя из стрелок S2 и S3, является для специалиста понятным или вычисляемым.
Вызванные посредством подачи вторичного воздуха через сопла в изолированной или ограниченной топочной камере 24 образуются ярко выраженные закрученные, вращательные или вихревые потоки. При этом, прежде всего, овальная геометрия топочной камеры 24 способствует тому, что вихревые потоки могут развиваться без помех или оптимально.
После выхода из сопла 203, которое еще раз сводит в пучок эти вихревые потоки, проявляются имеющие форму пламени свечи вращательные потоки S2 (ср. также фиг. 21), которые, предпочтительно, могут достигать перекрытия 204 топочной камеры, за счет чего лучше используется имеющееся в распоряжении пространство топочной камеры 24. При этом вихревые потоки концентрируются в середине А2 точной камеры и идеально используют объем вторичной зоны 27 сжигания. Помимо этого, сужение, которое создает сопло 203 для вихревых потоков, уменьшает вращательный потоки, за счет чего создаются турбулентности для улучшения перемешивания смеси "воздух - дымовой газ". Итак, за счет сужения или сокращения посредством сопла 203 топочной камеры происходит поперечное перемешивание. Впрочем, вращательный импульс потоков, по меньшей мере, частично сохраняется также над соплом 203 топочной камеры, что поддерживает распространение потоков до перекрытия 204 топочной камеры.
Следовательно, сопла 291 вторичного воздуха встроены в эллиптическое или овальное поперечное сечение топочной камеры 24 так, что они из-за их длины и их ориентации индуцируют вихревые потоки, которые приводят во вращение смесь "дымовой газ - вторичный воздух" и за счет этого делают возможным (еще раз улучшенное посредством комбинации с расположенной над ними сопла 203 топочной камеры) полное сжигание при минимальном избытке воздуха и, следовательно, максимальный коэффициент полезного действия. Это также показано на фиг. 19-21.
При этом подвод вторичного воздуха выполнен так, что он охлаждает горячие кирпичи 29 топочной камеры посредством их обтекания, и вторичный воздух, в свою очередь, сам подогревается, вследствие чего скорость выгорания дымовых газов возрастает и обеспечивается полнота выгорания даже при экстремальной низкой загрузке (например, 30% номинальной нагрузки).
Первое отверстие 21 для технического обслуживания изолировано изолирующим материалом, например вермикулитом. Данная зона 27 вторичного сжигания выполнена так, что обеспечивается выгорание дымового газа. Специальное геометрическое выполнение зоны 27 вторичного сжигания будет более подробно отписано позднее.
После зоны 27 вторичного сжигания дымовой газ течет в теплообменное устройство 3, которое имеет пучок предусмотренных параллельно друг другу котельных труб 32. В котельных трубах 32 дымовой газ течет вниз, как на фиг. 3 показано стрелкой S4. Эту часть потока можно также обозначить как конвективная часть, поскольку отдача тепла дымового газа происходит по существу на стенках котельных труб посредством принудительной конвекции. За счет вызванных в котле 11 градиентов температуры в теплообменной среде, например в воде, устанавливается естественная конвекция воды, которая способствует перемешиванию котельной воды.
В котельных трубах 32 расположены пружинные завихрители 36 и спиральные или ленточные завихрители 37, чтобы улучшить эффективность теплообменного устройства 4. Это будет более подробно отписано позднее.
Выход котельных труб 32 оканчивается через вход 34 или впуск поворотной камеры в поворотной камере 35. При этом поворотная камера 35 герметизирована относительно топочной камеры 24 так, что дымовой газ из поворотной камеры 35 не может течь назад в топочную камеру 24. Впрочем, несмотря на это, предусмотрен общий путь транспортировки для остатков при сжигании, которые могут оказаться в общей области потока котла 11. В случае если фильтровальное устройство 4 не предусмотрено, дымовой газ снова отводится вверх в котел 11. Другой случай факультативного фильтровального устройства 4 показан на фиг.2 и фиг.3. При этом дымовой газ после поворотной камеры 35 снова вводится вверх в фильтровальное устройство 4 (ср. стрелки S5), которое в данном случае для примера является электростатическим фильтровальным устройством 4. При этом на входе 44 фильтровального устройства 4 могут быть предусмотрены заслонки потока, которые выравнивают втекание дымового газа в фильтр.
Электростатические пылевые фильтры, или называемые также электроочистителями, являются устройствами для осаждения частиц из газов, которые основаны на электростатическом принципе. Эти фильтровальные устройства используются, прежде всего, для электрической очистки отработанных газов. У электрофильтров частицы пыли электрически заряжаются посредством коронного разряда коронирующего электрода и притягиваются к противоположно заряженному электроду (осадительному электроду). Коронный разряд происходит на подходящем для этого заряженном высоковольтном электроде (называемом также коронирующим электродом) внутри электрофильтра. Предпочтительно, (коронирующий) электрод покрыт выступающими остриями и возможно выполнен с острыми ребрами, так как там плотность силовых полей и, тем самым, электрическая напряженность поля наибольшая и, следовательно, содействующая коронному разряду. Противоположный электрод (осадительный электрод) обычно состоит из заземленного участка дымохода, который размещен вокруг электрода. Степень очистки электрофильтра зависит, прежде всего, от времени пребывания отработанного газа в фильтровальной системе и напряжения между коронирующим и осадительным электродами. Необходимое для этого выпрямленное высокое напряжение обеспечивается устройством выработки высокого напряжения (не показано). Установка выработки высокого напряжения и держатель для электрода следует защищать от пыли и приводящего к повреждениям использования, чтобы избежать нежелательных токов утечки и продлить срок службы установки 1.
Как показано на фиг.2, стержнеобразный электрод 45 (который, предпочтительно, выполнен в виде продолговатой, пластинчатой стальной пружины, ср. фиг.15) удерживается примерно в центре имеющего приблизительно форму дымовой трубы внутреннего пространства фильтровального устройства 4. Электрод 45 состоит, по меньшей мере, по существу из высококачественной пружинной стали или хромовой стали и удерживается держателем 43 электрода через высоковольтный изолятор, то есть изоляцию 46 электрода.
(Коронирующий) электрод 45 свисает с возможностью колебания вниз во внутреннее пространство фильтровального устройства 4. При этом электрод 45 может, например, колебаться туда и обратно поперек продольной оси электрода 45.
Клетка 48 одновременно служит в качестве противоэлектрода и в качестве механизма очистки для фильтровальной установки 4. Клетка 48 соединена с потенциалом массы или потенциалом земли. За счет имеющейся разности потенциалов протекающий через фильтровальное устройство 4 дымовой газ отработанный газ (ср. стрелки S6) фильтруется, как описано выше. В случае очистки фильтровального устройства 4 электрод 45 обесточивается. Предпочтительно, клетка 48 имеет восьмиугольный постоянный профиль поперечного сечения, что, например, позволяет понять вид фиг. 13. Предпочтительно, клетка 48 при изготовлении может быть вырезана с помощью лазера.
Дымовой газ после выхода из теплообменника 3 (из его выхода) течет через поворотную камеру 35 во вход 44 фильтровального устройства 4.
При этом (факультативное) фильтровальное устройство 4 предусмотрено факультативно полностью интегрировано встроенным в котел 11, за счет чего обращенная к теплообменнику 3 и омываемая теплообменной средой поверхность стенки используется также для теплообмена в направлении от фильтровального устройства 4 к теплообменнику, за счет чего эффективность установки 1 еще раз улучшается. Этим самым, по меньшей мере, часть стенки фильтровального устройства 4 может омываться теплообменной средой, за счет чего, по меньшей мере, часть этой стенки охлаждается котельной водой.
На выходе 47 фильтра отработанный газ вытекает из фильтровальной установки 4, как указано посредством стрелок S7. После выхода из фильтра часть отработанных газов через рециркулирующее устройство 5 снова подводится к первичной зоне 26 сжигания. И это будет более подробно разъяснено ниже. Этот предназначенный для рециркуляции отработанный газ или дымовой газ может сокращенно называться "Rezi" или "ReziGas".
Оставшаяся часть отработанного газа через выход 41 отработанного газа выводится из котла 11.
Устройство 7 отвода золы расположено в нижней части котла 11. Через шнековый транспортер 71 отвода золы осажденная и выпавшая, например, из топочной камеры 24, котельных труб 32 и фильтровального устройства зола транспортируется из котла 11 сбоку.
Топочная камера 24 и котел 11 этого варианта осуществления изобретения рассчитывались посредством CFD-моделирования. Помимо этого, были проведены практические эксперименты, чтобы подтвердить CFD-моделирование. Исходной точкой рассуждений были вычисления для 100-киловаттного котла, причем, однако, был предусмотрен диапазон мощности от 20 до 500 кВт.
CFD-моделирование (цифровая механика потоков) является пространственно и временно разделенным моделированием течений и процессов теплопроводности. При этом процессы течения могут быть ламинарными и/или турбулентными, возникать сопровождаемыми химическими процессами или речь может идти о многофазных системах. Таким образом, CFD-моделирования являются хорошо пригодными в качестве инструмента проектирования и оптимизации. В отношении настоящего изобретения CFD-моделирования использовались, чтобы оптимизировать гидродинамические параметры так, что решаются приведенные выше задачи изобретения. Прежде всего, в результате решающим образом посредством CFD-моделирования и также посредством соответствующих практических экспериментов были определены механическое выполнение и габариты котла 11, топочной камеры 24, сопел 291 вторичного воздуха и сопел 203 топочной камеры. Результаты моделирования основываются на моделирования течения с учетом теплопередачи.
Приведенные выше составные части отопительной установки 1 на биомассе и котла 11, которые являются результатами CFD-моделирований, будут более подробно описаны ниже.
(Топочная камера)
Выполнение формы топочной камеры имеет значение, чтобы иметь возможность соблюдать требования согласно задачам. За счет выполнения формы или геометрии топочной камеры должны быть достигнуты наиболее хорошее турбулентное перемешивание и гомогенизация потоков по поперечному сечению канала дымового газа, минимизация объема сжигания, а также уменьшение избытка воздуха и рециркуляционного отношения (экономичность, эксплуатационные затраты), уменьшение выбросов СО и СхНх, выбросов NOx, выбросов пыли, уменьшение локальных температурных максимумов (образование накипи и зашлакование), а также уменьшение локальных максимумов скорости дымового газа (воздействие на материал и эрозия).
Фиг. 4, которая является частичным видом фиг. 2, и фиг. 5, которая является видом в сечении через котел 11 вдоль вертикальной линии сечения А2, представляют геометрию топочной камеры, которая удовлетворяет названным выше требования к отопительной установке на биомассе в широком диапазоне мощности, например, от 20 до 500 кВт. Линия вертикального сечения А2 может, помимо этого, пониматься как средняя или центральная ось овальной топочной камеры 24.
Указанные на фиг. 3 и фиг. 4 и полученные посредством CFD-вычислений и практических экспериментов размеры при приведенном в качестве примера котле мощностью приблизительно 100 кВт в частности следующие: ВК1=172 мм±40 мм, предпочтительно ±17 мм,
ВК2=300 mm±50 mm, предпочтительно ±30 mm,
ВК3=430 mm±80 mm, предпочтительно ±40 mm,
ВК4=538 mm±80 mm, предпочтительно ±50 mm,
ВК5=(ВК3-ВК2)/2=например, 65 mm±30 mm, предпочтительно ±20 mm,
ВК6=307 mm±50 mm, предпочтительно ±20 mm,
ВК7=82 mm±20 mm, предпочтительно ±20 mm,
ВК8=379 mm±40 mm, предпочтительно ±20 mm,
ВК9=470 mm±50 mm, предпочтительно ±20 mm,
ВК10=232 mm±40 mm, предпочтительно ±20 mm,
ВК11=380 mm±60 mm, предпочтительно ±30 mm,
ВК12=460 mm±80 mm, предпочтительно ±30 mm.
Впрочем, все данные по размерам и величинам следует понимать приведенными лишь для примера.
С помощью этих значений в данном случае оптимизируются как геометрии первичной зоны 26 сжигания, так и вторичной зоны 27 сжигания топочной камеры. Указанные диапазоны размеров являются диапазонами, с помощью которых требования выполняются (приблизительно) так же, как с указанными точными значениями.
Предпочтительно, при этом геометрия камеры первичной зоны 26 сжигания и топочной камеры 24 (или внутренний объем первичной зоны 26 сжигания топочной камеры 24) определяются с помощью основных параметров: Объем с овальной горизонтальной основной поверхностью с размерами 380 мм±60 мм (предпочтительно ±30 мм) × 320 мм±60 мм (предпочтительно ±30), а также высотой 538 мм±80 мм (предпочтительно ±50 мм).
Приведенные выше данные о размерах могут быть масштабированы в их отношении относительно друг друга и найти применение к котлам другой мощности (например, 50 кВт или 200 кВт).
В качестве развития этого, определенный выше объем может иметь верхнее отверстие в форме сопла 203 топочной камеры, которое предусмотрено во вторичной зоне 27 сжигания топочной камеры 24, которая имеет выступающий во вторичную зону 27 сжигания скос 202 топочной камеры, который, предпочтительно, содержит теплообменную среду 38. Скос 202 топочной камеры уменьшает поперечное сечение вторичной зоны 27 сжигания. При этом скос 202 топочной камеры предусмотрен под углом k по меньшей мере 5%, предпочтительно, по углом k по меньшей мере 15%, и еще более предпочтительно, под углом k по меньшей мере 19% относительно мнимого предусмотренного горизонтальным или прямым перекрытия Н топочной камеры (ср. штриховую горизонтальную линию Н на фиг. 4).
Помимо этого, перекрытие 204 топочной камеры также предусмотрено наклоненным вверх в направлении входа 33. Таким образом, топочная камера 24 во вторичной зоне 27 сжигания имеет перекрытие 204 топочной камеры, которое предусмотрено наклонным вверх в направлении входа 33 теплообменника 3. Это перекрытие 204 топочной камеры простирается в сечении согласно фиг.2, по меньшей мере, по существу прямо или прямолинейно и наклонно. Угол наклона прямого или ровного перекрытия 204 топочной камеры может составлять относительно (мнимой) горизонтали, предпочтительно, от 4 до 15 градусов.
С помощью перекрытия 204 топочной камеры предусмотрен другой скос (перекрытия) в топочной камере 24 перед входом 33, который со скосом 202 топочной камеры образует воронку. Эта воронка поворачивает направленный вверх закрученный или вихревой поток в сторону и отводит этот поток приблизительно в горизонталь. По причине уже турбулентного направленного вверх потока и воронкообразной формы перед входом 33 обеспечивается, что все трубы 32 теплообменника или котельные трубы 32 обтекаются равномерно, чем обеспечивается одинаково распределенное протекание дымового газа во всех котельных трубах 32. Это значительно оптимизирует переход тепла в теплообменнике 3.
При этом, прежде всего, комбинация вертикальных и горизонтальных скосов 202, 204 во вторичной зоне сжигания в комбинации в качестве геометрии втекания может достичь равномерного распределения дымового газа на конвективных котельных трубах.
Скос 202 топочной камеры служит гомогенизации потока S3 в направлении теплообменника 3 и, тем самым, обтеканию котельных труб 32. За счет этого вызывается наиболее равномерное распределение дымового газа по отдельным котельным трубам, чтобы оптимизировать там переход тепла. В деталях комбинация скосов с поперечным сечением входа котла поворачивает поток дымового газа так, что происходит наиболее равномерное распределение потока дымового газа или объемного расхода по соответствующим котельным трубам 32.
Согласно уровню техники часто бывают топочные камеры с прямоугольной или полигональной топочной камерой и соплом, однако при этом неправильная форма топочной камеры и сопла, а также их совместное действие представляют дополнительное препятствие для равномерного распределения воздуха и хорошего смешения воздуха и топлива и, таким образом, хорошего выгорания, как было понято в данном случае. Прежде всего, при угловатой геометрии топочной камеры возникают линии потока или предпочтительные потоки, которые неблагоприятно приводят к неравномерному обтеканию труб 32 теплообменника.
Поэтому в данном случае топочная камера 24 предусмотрена без мертвых углов или без мертвых кромок.Таким образом, в данном случае было обнаружено, что геометрия топочной камеры (и всего протекания потока в котле) играет решающую роль при соображениях в отношении оптимизации отопительной установки на биомассе. Поэтому (отказываясь от придания обычных прямоугольных или многоугольных или чисто цилиндрических форм) были выбраны описанные здесь овальная или круглая основная геометрия без мертвых углов. Помимо этого, была оптимизирована также эта основная геометрия топочной камеры и ее конструкция с указанными выше размерами / диапазонами размеров для котла мощностью 100 кВт. При этом эти размеры / диапазоны размеров выбираются так, что, прежде всего, также могут сжигаться разные топлива (пеллеты и щепа) с разным качеством (например, с разным содержанием воды) с очень высоким коэффициентом полезного действия. Это выявили практические испытания и CFD-моделирования.
Прежде всего, первичная зона 26 сжигания топочной камеры 24 может включать в себя объем, который, предпочтительно, по внешнему периметру имеет овальное или приблизительной круглое горизонтальное поперечное сечение (такое поперечное сечения для примера обозначено посредством А1). Помимо этого, это горизонтальное поперечное может, предпочтительно, представлять базовую поверхность первичной зоны 26 сжигания топочной камеры 24. Над указанной посредством двойной стрелки ВК4 высотой топочная камера 24 может иметь приблизительно остающееся постоянным поперечное сечение. Таким образом, первичная зона 24 сжигания может иметь приблизительно овально-цилиндрический объем. Предпочтительно, боковые стенки и базовая поверхность (колосниковая решетка) первичной зоны 26 сжигания расположены перпендикулярно относительно друг друга. При этом описанные выше скосы 202, 204 могут быть совместно предусмотрены в качестве стенок топочной камеры 24, причем скосы 202, 204 образуют воронку, которая оканчивается во входе 33 теплообменника 3 и имеет там минимальное поперечное сечение.
Выше используется понятие "приблизительно", поскольку, разумеется, могут иметься отдельные надрезы, конструктивно обусловленные отклонения или небольшие асимметрии, например при переходах отдельных кирпичей 29 топочной камеры друг в друга. Однако эти незначительные отклонения гидродинамически играют только второстепенную роль.
Горизонтальное поперечное сечение топочной камеры 24 и, прежде всего, первичной зоны 26 сжигания топочной камеры 24, предпочтительно, также может быть выполнено правильным. Помимо этого, горизонтальное поперечное сечение топочной камеры 24 и, прежде всего, первичной зоны 26 сжигания топочной камеры 24 может быть, предпочтительно, правильным (и/или симметричным) эллипсом.
Помимо этого, горизонтальное поперечное сечение (внешний периметр) первичной зоны 26 сжигания может быть выполнено выше определенной высоты (например, 20 см) постоянным.
За счет этого в данном случае предусмотрена овально-цилиндрическая первичная зона 26 топочной камеры 24, которая согласно CFD-моделированиям делает возможным заметно более равномерное и лучшее распределение воздуха в топочной камере 24, чем у прямоугольных топочных камер согласно уровню техники. Помимо этого, отсутствующие мертвые пространства предотвращают существование зон в топочной камере с плохим протеканием воздуха, что повышает эффективность и снижает шлакообразование.
Также сопло 203 в топочной камере 24 выполнено в виде овального или по существу круглого сужения, чтобы дополнительно оптимизировать условия потока. Вышеописанная закрутка потока в первичной зоне 26, которая обусловлена специально разработанными согласно изобретению соплами 291 вторичного воздуха, приводит к направленному вверх приблизительно закрученному или спиральному движению потока, причем этому движению потока благоприятствуют также овальные или приблизительно круглые сопла, а не препятствуют ему как обычные прямоугольные сопла. Это оптимизированное сопло 203 сводит в пучок текущую вверх вращающуюся смесь "дымовой газ-воздух" и обеспечивает лучшее перемешивание, сохранение завихренного потока во вторичной зоне 27 сжигания и, тем самым, полное сжигание. За счет этого также минимизируется необходимый избыток воздуха. Это улучшает процесс сжигания и повышает эффективность.
Тем самым, прежде всего комбинация описанных выше сопел 291 вторичного воздуха и индуцированных за счет этого завихренных потоков с оптимизированным соплом 203 служит сведению в пучок поднимающейся вверх вращающейся смеси "дымовой газ - воздух". Это обеспечивает, по меньшей мере, приблизительно полное сжигание во вторичной зоне 27 сжигания.
За счет этого завихренный или закрученный поток посредством сопла 203 сводится в пучок и направляется вверх, за счет чего этот поток распространяется вверх дальше, чем обычно для уровню техники. Это, как понятно специалисту из законов физики относительно вращающего импульса, имеет свою причину в принудительном уменьшении расстояния закрученного воздушного потока от оси вращения или центральной оси закрутки (ср. аналогично физике эффекта пируэта).
Помимо этого, в настоящем случае движение потока во вторичной зоне 27 сжигания и из вторичной зоны 27 сжигания к котельным трубам 32 оптимизируется, как будет более подробно разъяснено ниже.
Скос 202 топочной камеры на фиг.4, который можно также увидеть без ссылочных обозначений на фиг. 2 и фиг. 3 и на котором топочная камера 25 (или ее поперечное сечение) сужается снизу вверх, по меньшей мере, приблизительно линейно, обеспечивает согласно CFD-вычислениям усреднение потока дымового газа в направлении теплообменного устройства 4, чем его эффективность может быть улучшена. При этом горизонтальная площадь поперечного сечения топочной камеры 25 от начала до конца скоса 202 топочной камеры сужается, предпочтительно, по меньшей мере на 5%. При этом скос 202 предусмотрен на стороне топочной камеры 25 к теплообменному устройству 4 и в месте максимального сужения предусмотрен закругленным. Согласно уровню техники параллельные или прямые стенки топочной камеры сужения не имеют (чтобы не препятствовать потоку дымового газа). К этому добавляется, отдельно или в комбинации, простирающееся наклонно к горизонтали вверх в направлении входа 33 перекрытие 204 топочной камеры, которое отводит завихренный поток во вторичной зоне 27 сжигания в сторону и при этом выравнивает ее распределение скоростей потока.
Втекание или отклонение потока дымового газа перед теплообменником с пучком труб выполнено так, что наилучшим образом предотвращается неравномерное натекание на трубы, чем могут поддерживаться низкими температурные максимумы в отдельных котельных трубах 32 и, тем самым, может улучшиться переход тепла в теплообменнике 4 (наилучшее использование поверхностей теплообменника). В результате эффективность теплообменного устройства 4 улучшается.
В подробном изложении газообразный объемный поток дымового газа через скошенную стенку 202 топочной камеры с постоянной скоростью (также в случае разных состояний сжигания) направляется к теплообменным трубам или котельным трубам 32. За счет скошенного перекрытия 204 топочной камеры этот эффект еще раз усиливается, причем вызывается эффект воронки. В результате возникает равномерное распределение тепла отдельных котельных труб 32 в отношении теплообменных поверхностей и, тем самым, улучшенное использование теплообменных поверхностей. Таким образом, температура отработавшего газа снижается, и коэффициент полезного действия повышается. При этом распределение потока, прежде всего на показанной на фиг. 3 индикаторной линии WT1, является заметно более равномерным, чем согласно уровню техники. Индикаторная линия WT1 представляет поверхность входа для теплообменника 3. Индикаторная линия WT3 указывает приведенную в качестве примера линию поперечного сечения через фильтровальное устройство 4, в котором поток настроен наиболее гомогенным или более или менее равномерно распределен через поперечное сечение котельных труб 32 (в частности, по причине заслонок потока на входе фильтровального устройства 4 и по причине геометрии поворотной камеры 35). Равномерное протекание через фильтровальное устройство 3 или последний дымоход котла минимизирует образование отдельных струй и за счет этого, помимо этого, оптимизирует эффективность осаждения фильтровального устройства 4, а также переход тепла в отопительной установки на биомассе 1.
Помимо этого, в нижней части топочной камеры 24 на слое 28 топлива предусмотрено устройство 201 зажигания. Оно может вызывать начальное зажигание или повторное зажигания топлива. Устройство зажигания 201 может быть накальным зажигателем. Предпочтительно, устройство зажигания расположено неподвижно или перемещается в сторону горизонтально к месту ввода топлива.
Помимо этого, после выхода дымового газа из фильтровального устройства может быть (факультативно) установлен лямбда датчик (не показан). Посредством лямбда датчика устройство управления (не показано) может узнавать соответствующую теплотворную способность. Таким образом, лямбда датчик может обеспечивать идеальное отношение в смеси между топливом и подводом кислорода. Несмотря на разное качество топлива, в результате являются достижимыми высокая эффективность и более высокий коэффициент полезного действия.
Показанный на фиг. 5 слой 28 топлива показывает грубое распределение топлива по причине подвода топлива с правой стороны на фиг.5. Через этот слой 28 топлива снизу протекает смесь "дымовой газ - свежий воздух", которая обеспечивается рециркулирующим устройством 5. Эта смесь "дымовой газ - свежий воздух", предпочтительно, предварительно подогревается/охлаждается и имеет идеальное количество (массовый поток) и идеальное соотношение компонентов смеси, как это регулирует не показанная система управления на основании разных зарегистрированных датчиками данных измерений и соответствующих воздушных клапанов 52.
Помимо этого, на фиг. 4 и фиг. 5 показано сопло 203 топочной камеры, в которой предусмотрена вторичная зона 27 сжигания и которое ускоряет и сводит в пучок поток дымового газа. За счет этого поток дымового газа лучше перемешивается и может более эффективно сгорать в зоне 27 дожигания или вторичной зоне 27 сжигания. Отношение площадей сопла 203 топочной камеры находится в диапазоне от 25% до 45%, однако, предпочтительно, составляет от 30% до 40% и, например для отопительной установки 1 на биомассе мощностью 100 кВт, идеальным образом составляет 36%±1% (отношение измеренной входной площади к измеренной выходной площади сопла 203).
Следовательно, приведенные выше данные относительно геометрии топочной камеры первичной зоны 26 сжигания вместе с геометрией сопел 291 вторичного воздуха и сопла 203 представляют предпочтительный усовершенствованный вариант настоящего раскрытия.
(Кирпичи топочной камеры)
На фиг. 6 показан трехмерный вид в сечении (наклонно сверху) на первичную зону 26 сжигания, а также изолированную часть вторичной зоны 27 сжигания топочной камеры 24 с поворотной колосниковой решеткой 25 и, прежде всего, на особое выполнение кирпичей 29 топочной камеры. На фиг.7 показано соответственно фиг. 6 изображение в разобранном виде кирпичей 29 топочной камеры. Виды согласно фиг. 6 и фиг. 7, предпочтительно, могут быть выполнены с приведенными выше размерами согласно фиг. 4 и фиг. 5. Однако это не является обязательным.
Стенка камеры первичной зоны 26 сжигания топочной камеры 24 предусмотрена с несколькими кирпичами 29 топочной камеры в модульной конструкции, что, помимо прочего, облегчает изготовление и техническое обслуживание. Техническое обслуживание облегчается, прежде всего, посредством возможности извлечения отдельных кирпичей 29 топочной камеры.
На опорных поверхностях 260 кирпичей 29 топочной камеры предусмотрены канавки 261 и выступы 262 для геометрического замыкания (на фиг. 6 для предотвращения избыточности на фигурах в качестве примера показаны только несколько из них) для создания механического и по существу герметичного соединения, чтобы, в свою очередь, предотвратить проникновение мешающего постороннего воздуха. Предпочтительно, по два, по меньшей мере, по существу симметричных кирпича топочной камеры (за исключением возможно отверстий для вторичного воздуха или рециркулируемого дымового газа) образуют полное кольцо. Помимо этого, три кольца, предпочтительно, уложены друг на друга штабелем, чтобы образовать овально-цилиндрическую или факультативно также, по меньшей мере, приблизительно круглую (последнее не показано) первичную зону 26 сжигания топочной камеры 24.
В качестве верхнего завершения предусмотрены три кирпича 29 топочной камеры, причем кольцеобразное сопло 203 поддерживается посредством двух крепежных кирпичей 264, которые надеты с геометрическим замыканием на верхнее кольцо 263. У всех опорных поверхностей 260 предусмотрены канавки 261 или для подходящих выступов 262 и/или для введения подходящего уплотнительного материала.
Крепежные кирпичи 264, которые выполнены, предпочтительно, симметрично, могут, предпочтительно, иметь наклоненный внутрь скос 265, чтобы облегчить сметание летучей золы на поворотную колосниковую решетку 25.
Нижнее кольцо 263 кирпичей 29 топочной камеры лежит на опорной пластине 251 поворотной колосниковой решетки 25. На нижней кромке между этим нижним кольцом 263 кирпичей 29 топочной камеры в увеличивающемся количестве осаждается зола, что самостоятельно и предпочтительно герметизирует этот переход при эксплуатации отопительной установки 1 на биомассе.
В среднем кольце кирпичей 29 топочной камеры предусмотрены (факультативные) отверстия для рециркуляционных сопел 291 или сопел 291 вторичного воздуха. При этом сопла 291 вторичного воздуха предусмотрены в кирпичах 29 топочной камеры, по меньшей мере, приблизительно на одинаковой (горизонтальной) высоте топочной камеры 24.
В настоящем случае предусмотрены три кольца из кирпичей 29 топочной камеры, так как это представляет самый эффективный путь изготовления и также технического обслуживания. Факультативно, могут быть также предусмотрены 2, 4 или 5 таких колец.
Кирпичи 29 топочной камеры состоят, предпочтительно, из высокотемпературного карбида кремния, вследствие чего они являются очень износостойкими.
Кирпичи 29 топочной камеры предусмотрены в виде фасонного кирпича. Кирпичи 29 топочной камеры отформованы так, что внутренний объем первичной зоны 26 сжигания топочной камеры 24 имеет овальное горизонтальное поперечное сечение, чем посредством эргономичного формообразования предотвращаются мертвые углы или мертвые пространства, через которые смесь "дымовой газ-воздух" обычно протекает не оптимально, вследствие чего имеющееся там топливо сгорает не оптимально. По причине предложенного формообразования кирпичей 29 топочной камеры улучшается протекание через колосниковую решетку 25 первичного воздуха, который проходит через колосниковую решетку 25 также для распределения топлива, и беспрепятственного протекания завихренных потоков и, следовательно, улучшается эффективность сгорания.
Овальное горизонтальное поперечное сечение первичной зоны 26 сжигания предпочтительно, является точечно-симметричным и/или правильным овалом с минимальным внутренним диаметром BK3 и максимальным внутренним диаметром BK11. Эти размеры были результатом оптимизации первичной зоны 26 сжигания топочной камеры 24 посредством CFD-моделирования и практических испытаний.
(Поворотная колосниковая решетка)
На фиг. 8 показан вид сверху на колосниковую решетку 25 из вида линии сечения А1 на фиг. 2.
Предпочтительно, вид согласно фиг. 8 может быть выполнен с приведенными выше размерами. Однако это не является обязательным.
Поворотная колосниковая решетка 25 имеет опорную пластину 251 в качестве базового элемента. В приблизительно овальном отверстии опорной пластины 251 предусмотрен переходной элемент 255, который перекрывает промежуточное пространство между первым элементом 252 поворотной колосниковой решетки, вторым элементом 253 поворотной колосниковой решетки и третьим элементом 254 поворотной колосниковой решетки, которые установлены в подшипниках с возможностью поворота. За счет этого поворотная колосниковая решетка 25 предусмотрена в виде колосниковой решетки с тремя отдельными элементами, то есть она может называться тройной колосниковой решеткой. В элементах 252, 253 и 254 поворотной колосниковой решетки предусмотрены воздушные отверстия для протекания первичного воздуха.
Элементы 252, 253 и 254 поворотной колосниковой решетки являются плоскими и жаропрочными металлическими пластинами, например из металлической отливки, которые на их верхней стороне имеют, по меньшей мере, по существу сконфигурированную плоской поверхность и на их нижней стороне соединены с подшипниковыми осями 81, например, через промежуточные несущие элементы. При наблюдении сверху элементы 252, 253 и 254 поворотной колосниковой решетки имеют искривленные и дополнительные относительно друг друга стороны или контуры.
Прежде всего, элементы 252, 253 и 254 поворотной колосниковой решетки имеют дополнительные относительно друг другу и искривленные стороны, причем, предпочтительно, второй элемент 253 поворотной колосниковой решетки имеет соответственно в направлении первого и третьего соседнего элемента 252, 254 поворотной колосниковой решетки вогнутые стороны и, предпочтительно, первый и третий элементы 252, 254 поворотной колосниковой решетки имеют соответственно в направлении второго элемента 253 поворотной колосниковой решетки выпуклую сторону. За счет этого улучшается разрушающее действие элементов поворотной колосниковой решетки, поскольку длина разрушения увеличена и действующие при разрушении силы (подобно ножницам) действуют целенаправленно.
Элементы 252, 253 и 254 поворотной колосниковой решетки (а также их обрамление в виде переходного элемента 255) имеют при совместном рассмотрении на виде сверху приблизительно овальную внешнюю форму, чем здесь снова предотвращаются мертвые углы или мертвые пространства, в которых могло бы происходить неоптимальное сжигание или могла бы нежелательно накапливаться зола. Оптимальные размеры этой внешней формы элементов 252, 253 и 254 поворотной колосниковой решетки обозначены на фиг. 8 двойными стрелками DR1 и DR2. Предпочтительно, но не исключительно, DR1 и DR2 определяются следующим образом:
DR1=288 мм±40 мм, предпочтительно, ±20 мм
DR2=350 мм±60 мм, предпочтительно, ±±20 мм
Эти величины оказались оптимальными значениями (диапазонами) при CFD-моделированиях и следующих практических экспериментах. Эти размеры соответствуют размерам согласно фиг.4 и фиг.5. Эти размеры являются предпочтительными, прежде всего, для сжигания разных топлив или видов топлива щепа и пеллеты (гибридное отопление) в диапазоне мощностей от 20 до 200 кВт.
При этом поворотная колосниковая решетка 25 имеет овальную поверхность сжигания, которая для распределения топлива, протекания воздушного потока через топливо и выгорания топлива является более благоприятной, чем обычная прямоугольная поверхность сжигания. Поверхность 258 сжигания образована в центре посредством поверхностей элементов 252, 253 и 254 поворотной колосниковой решетки (а горизонтальном положении). Таким образом, поверхность сжигания является ориентированной вверх поверхностью элементов 252, 253 и 254 поворотной колосниковой решетки. Предпочтительно, эта овальная поверхность сжигания соответствует поверхности загрузки топлива, когда оно вносится или вдвигается сбоку на поворотную колосниковую решетку (ср. стрелку Е на фиг. 9, 10 и 11). Прежде всего, подвод топлива может происходить из направления, которое расположено параллельно более длинной центральной оси (большой оси) овальной поверхности сжигания поворотной колосниковой решетки 25.
Предпочтительно, первый элемент 252 поворотной колосниковой решетки и третий элемент 254 поворотной колосниковой решетки могут быть в отношении их поверхности выполнены идентично. Помимо этого, первый элемент 252 поворотной колосниковой решетки и третий элемент 254 поворотной колосниковой решетки могут быть идентичными или конструктивно идентичными друг другу. Это, например, можно увидеть на фиг.9, причем первый элемент 252 поворотной колосниковой решетки и третий элемент 254 поворотной колосниковой решетки имеют одинаковую форму.
Помимо этого, второй элемент 253 поворотной колосниковой решетки расположен между первым элементом 252 поворотной колосниковой решетки и третьи элементом 254 поворотной колосниковой решетки.
Предпочтительно, поворотная колосниковая решетка 25 предусмотрена с приблизительно точечно-симметричной овальной поверхностью 258 сжигания.
Также поворотная колосниковая решетка 25 может образовывать приблизительно эллиптическую поверхность 258 сжигания, причем DR2 является размером ее большой оси и DR1 является размером ее малой оси.
Помимо этого, поворотная колосниковая решетка 25 имеет приблизительно овальную поверхность 258 сжигания, которая является осесимметричной относительно центральной оси поверхности 258 сжигания.
Помимо этого, поворотная колосниковая решетка 25 имеет приблизительно круглую поверхность 258 сжигания, причем это влечет за собой незначительные недостатки при подводе топлива и распределении.
Помимо этого, предусмотрены два двигателя или привода 231 механизма поворота, с помощью которых могут соответствующим образом поворачиваться элементы 252, 253 и 254 поворотной колосниковой решетки. Подробности в отношении действия и преимуществ настоящей поворотной колосниковой решетки 25 будут позднее описаны со ссылкой на фиг.9, 10 и 11.
Прежде всего, у систем отопления пеллетами или щепой (и, прежде всего, у гибридных отопительных установок на биомассе) часто могут происходить простои из-за образования шлака в топочной камере 24, прежде всего, на поворотной колосниковой решетке 25. Шлаки возникают при процессе сжигания всегда тогда, когда в пламени достигаются температуры выше температуры плавления золы. Тогда зола становится мягкой, клейкой и после охлаждения образует твердый и часто темноокрашенный шлак. Этот называемый также спеканием процесс является в отопительной установки 1 на биомассе нежелательным, так как за счет накопления шлака в топочной камере 24 может произойти нарушение функционирования: она отключается. Обычно топочная камера 24 должна открываться и шлак должен удаляться.
Диапазон плавления золы (он простирается от температуры спекания до точки текучести) весьма существенно зависит от использованного горючего материала. Еловая древесина имеет, например, критическую температуру примерно 1200°С. Однако также диапазон плавления золы топлива может подвергаться сильным колебаниям. В зависимости от количества и состава содержащихся в дереве минералов поведение золы в процессе сжигания изменяется.
Другим фактором, который может оказывать влияние на образование шлака являются транспортировка и хранение древесных пеллет или щепы. А именно, они должны попадать в топочную камеру 24 по возможности неповрежденными. Если древесные пеллеты уже раздроблены, когда они попадают в процесс сжигания, то за счет этого повышается плотность горящего слоя. Результатом является более сильное шлакообразование. Прежде всего, в этом случае имеет значение транспортировка от складского помещения до топочной камеры 24. Особо длинный путь, а также изгибы и углы приводят к повреждению или истиранию древесных пеллет.
Другой фактор относится к ведению процесса сжигания. До сих пор стремились поддерживать температуру скорее высокой, чтобы достичь наиболее хорошего выгорания и низких выбросов. За счет оптимизированной геометрии топочной камеры и геометрии зоны 258 сжигания поворотной колосниковой решетки 25 температуру сжигания на колосниковой решетке можно поддерживать более низкой, а в области сопел 291 вторичного воздуха высокой и, следовательно, уменьшить шлакообразование на колосниковой решетке.
Помимо этого, образующийся шлак (и также зола) предпочтительно удаляется за счет особого формообразования и функциональности настоящей колосниковой решетки 25. Это будет более подробно разъяснено со ссылкой на фиг. 9, 10 и 11.
На фиг. 9, 10 и 11 показан трехмерный вид поворотной колосниковой решетки 25 с опорной пластиной 251, первым элементом 252 поворотной колосниковой решетки, вторым элементом 253 поворотной колосниковой решетки и третьим элементом 254 поворотной колосниковой решетки. Виды на фиг. 9, 10 и 11 могут, предпочтительно, соответствовать с приведенными выше размерами. Однако это не является обязательным.
На этом виде показана поворотная колосниковая решетка 25 в виде свободно устанавливаемой вдвижной детали с механизмом 23 поворотной колосниковой решетки и приводом(-ами) 231. Поворотная колосниковая решетка 25 предусмотрена механически так, что она может быть отдельно предварительно изготовлена по типу системы стандартных модулей, и введена и встроена в качестве вдвижной детали в предусмотренное продолговатое отверстие котла 11. Помимо этого, это облегчает техническое обслуживание этой предрасположенной к износу детали. За счет этого поворотная колосниковая решетка может быть выполнена модульной, причем она может быстро и эффективно удаляться и снова вставляться в виде комплектной детали с механизмом 23 поворотной колосниковой решетки и приводом 231. За счет этого модульная поворотная колосниковая решетка 25 может также монтировать и демонтировать посредством быстрого запирания. В противовес этому поворотные колосниковые решетки согласно уровню техники обычно монтируются жестко и, таким образом, могут с трудом обслуживаться или монтироваться.
Привод 231 может иметь два отдельно управляемых электродвигателя. Предпочтительно, они предусмотрены сбоку на механизме 23 поворотной колосниковой решетки. Электродвигатели могут иметь понижающие редукторы. Помимо этого, могут быть предусмотрены концевые выключатели, которые предусматривают концевые упоры соответственно для концевых положений элементов 252, 253 и 254 колосниковой решетки.
Отдельные компоненты механизма 23 колосниковой решетки предусмотрены взаимозаменяемыми. Например, шестерни предусмотрены с возможностью вставления. Это облегчает техническое обслуживание и при необходимости замену сбоку механизма при монтаже.
В элементах 252, 253 и 254 поворотной колосниковой решетки 25 предусмотрены уже упомянутые отверстия 256. Элементы 252, 253 и 254 поворотной колосниковой решетки могут через соответствующие подшипниковые оси 81, которые приводятся в движение через механизм 23 поворотной колосниковой решетки приводом 231, в данном случае обоими двигателями 231, поворачиваться соответственно по меньшей мере на 90 градусов, предпочтительно по меньшей мере на 120 градусов, и еще более предпочтительно на 170 градусов, вокруг соответствующей подшипниковой или поворотной оси 81. При этом максимальный угол поворота может быть 180 градусов или немного меньше 180 градусов, как это позволяют кромки 257 колосниковой решетки. При этом механизм 23 поворота выполнен так, что третий элемент 254 поворотной колосниковой решетки может поворачиваться независимо от первого элемента 252 поворотной колосниковой решетки и от второго элемента 253 поворотной колосниковой решетки, и что первый элемент 252 колосниковой решетки и второй элемент 253 колосниковой решетки могут поворачиваться совместно и независимо от третьего элемента 254 поворотной колосниковой решетки. Механизм поворота 23 может быть соответственно предусмотрен, например, посредством рабочих колес, зубчатых или приводных ремней и/или зубчатых колес.
Элементы 252, 253 и 254 поворотной колосниковой решетки могут быть изготовлены, предпочтительно, в виде литой колосниковой решетки с лазерной резкой, чтобы обеспечить точное поддержание формы. Это делается, прежде всего, чтобы как можно более точно задать направление воздуха через слой 28 топлива и избежать мешающих воздушных потоков, например, струй воздуха на краях элементов 252, 253 и 254 поворотной колосниковой решетки.
Отверстия 256 в элементах 252, 253 и 254 поворотной колосниковой решетки выполнены так, что они достаточно малы для обычного материала пеллет и/или обычной щепы, чтобы они не проваливались, или что они достаточно велики, чтобы воздух мог хорошо протекать через топливо. Помимо этого, отверстия 256 выбраны достаточно большими, чтобы они не могли блокироваться частицами золы или примесей (например, никакими камнями в топливе).
На фиг. 9 показана поворотная колосниковая решетка в закрытом положении, причем все элементы 252, 253 и 254 поворотной колосниковой решетки ориентированы горизонтально или закрыты. Это является положением при нормальной эксплуатации. За счет равномерного расположением нескольких отверстий 256 обеспечивается равномерное протекание через слой 28 топлива (это на фиг.9 не показано) на поворотной колосниковой решетке 25. В этом отношении здесь может быть создано оптимальное состояние сжигания. Топливо наносится на поворотную колосниковую решетку 25 из направления стрелки Е, в этом отношении топливо вдвигается на поворотную колосниковую решетку 25 с правой стороны фиг. 9.
При эксплуатации на поворотной колосниковой решетке 25 и, прежде всего, на элементах 252, 253 и 254 поворотной колосниковой решетки накапливаются зола или шлак. В случае настоящей поворотной колосниковой решетки может происходить эффективная очистка поворотной колосниковой решетки 25.
На фиг. 10 показана поворотная колосниковая решетка в состоянии частичной очистки поворотной колосниковой решетки 25 в режиме сохранения горящего слоя. Для этого поворачивается только третий элемент 254 поворотной колосниковой решетки. За счет того, что поворачивается только один из трех элементов поворотной колосниковой решетки, горящий слой на первом и втором элементах 252, 253 поворотной колосниковой решетки сохраняется, в то время как одновременно зола и шлак могут выпадать из топочной камеры 24 вниз. В результате не требуется внешнее зажигание для возобновления эксплуатации (это сохраняет до 90% энергии зажигания). Другим результатом являются снижение износа устройства зажигания (например, стержня зажигания) и экономия электроэнергии. Помимо этого, предпочтительно, может происходить очистка от золы при эксплуатации отопительной установки 1 на биомассе.
На фиг. 10 также показано состояние сохранения горящего слоя во время (часто уже достаточной) частичной очистки, тем самым в противоположность обычной полной очистке обычной колосниковой решетки не должно происходить продолжительное зажигание, которое может потребовать несколько десятков минут.
Помимо этого, потенциальное шлакообразование или накопление шлака на обеих внешних кромках третьего элемента 254 поворотной колосниковой решетки при ее повороте прекращается, причем по причине криволинейной внешней кромки третьего элемента 254 поворотной колосниковой решетки срезание происходит не только по большей общей длине, чем у обычных прямоугольных элементов согласно уровню техники, но и с неравномерным распределением перемещения относительно внешней кромки (в середине происходит большее перемещение, чем на нижней или верхней кромках). За счет этого заметно усиливается функция срезание поворотной колосниковой решетки 25.
На фиг. 11 можно увидеть (двусторонние) кромки 257 колосниковой решетки второго элемента 253 поворотной колосниковой решетки. Эти кромки 257 колосниковой решетки выполнены так, что первый элемент 252 поворотной колосниковой решетки и третий элемент 254 поворотной колосниковой решетки в его закрытом состоянии лежат на верхней стороне кромок 257 колосниковой решетки и, следовательно, элементы 252, 253 и 254 поворотной колосниковой решетки предусмотрены без зазора и, тем самым, предусмотрены герметизирующими. За счет этого предотвращаются воздушные струи и нежелательные неравномерные потоки первичного воздуха через горящий слой. Предпочтительно, тем самым улучшается эффективность сжигания.
На фиг. 11 показана поворотная колосниковая решетка 25 в состоянии полной очистки, которая, предпочтительно, проводится во время простоя установки. При этом все три элемента 252, 253 и 254 поворотной колосниковой решетки поворачиваются, причем первый и второй элементы 252, 253 поворотной колосниковой решетки, предпочтительно, поворачиваются в противоположном направлении, чем третий элемент 254 поворотной колосниковой решетки. За счет этого реализуется, с одной стороны, полное опорожнение поворотной колосниковой решетки 25, а с другой стороны, зола и шлак теперь разрушаются на четырех непрямых внешних кромках. Другими словами, реализуется предпочтительная 4-кратная функция. Разъясненное выше в отношении фиг. 9 касательно геометрии внешних кромок справедливо также в отношении фиг. 10.
В общем, настоящая поворотная колосниковая решетка 25, наряду с нормальной эксплуатацией (ср. фиг.9), предпочтительным образом, реализует два разных вида очистки (ср. фиг. 10 и 11), причем частичная очистка делает возможной очистку во время эксплуатации установки 1.
По сравнению с этим имеющиеся на рынке системы поворотной колосниковой решетки являются не эргономичными и за счет прямоугольной геометрии имеют нежелательные мертвые углы, в которых первичный воздух не может оптимально проходить через топливо, за счет чего может происходить образование струй воздуха. В этих углах часто происходит образование шлака. Эти точки обеспечивают худшее сжигание с худшей эффективностью.
Настоящая простая механическая конструкция поворотной колосниковой решетки 25 делает ее прочной, надежной и долговечной. (Рециркулирующее устройство)
Для оптимизации вкратце упомянутого выше рециркулирующего устройства 5 снова были проведены CFD-моделирования, дополнительные размышления и практические испытания. При этом была предусмотрена описанная ниже рециркуляция дымового газа для отопительной установки на биомассе.
При проведении вычислений был смоделирован котел мощностью 100 кВт в случае номинальной нагрузки с диапазоном нагрузки от 20 до 500 кВт с разными топливами (например, щепа с содержание воды 30%). Помимо этого, в настоящем случае для всех находящихся в контакте с дымовым газом поверхностей учитывалось легкое нарушение при использовании (так называемое загрязнением толщиной 1 мм). Излучательная способность такого слоя загрязнения установлена равной 0,6.
Результат этой оптимизации и сопутствующих размышлений представлен на фиг. 12-17. На фиг. 12-17 показаны разные виды рециркулирующего устройства 5, которое видно на фиг. 1-3.
На фиг. 12 показан выделенный вид под углом рециркулирующего устройства 5 с кирпичами 29 топочной камеры, которые окружают первичную зону 26 сжигания. На фиг. 13 показан выставленный полупрозрачный вид под углом рециркулирующего устройства согласно фиг. 12. На фиг. 14 показан вид сбоку рециркулирующего устройства 5 согласно фиг. 12 и 13. Стрелка S на фиг. 12-14 соответствует стрелке S на фиг. 1, которая показывает направление вида сбоку на отопительную установку 1 на биомассе.
Рециркулирующее устройство 5 будет описано ниже со ссылкой на фиг. 12, 13, 14 и 15.
Рециркулирующее устройство 5 имеет вход 53 рециркуляции с входным рециркуляционным каналом 531 и делителем 532 входного рециркуляционного канала. Вход 53 рециркуляции и входной рециркуляционный канал 531 предусмотрены ниже по потоку относительно воздуходувки 15 (ср. фиг. 3) на выходе дымового газа отопительной установки 1 на биомассе после теплообменника 3 или после (факультативного) фильтровального устройства 4. Делитель 532 входного рециркуляционного канала может разветвлять подлежащий рециркуляции дымовой газ или рециркулируемый газ в первичный рециркуляционный канал 56 и факультативный вторичный рециркуляционный канал 57. Если вторичная рециркуляция отсутствует, то делитель 532 входного рециркуляционного канала также не требуется.
Первичный канал 56 рециркуляции оканчивается через воздушный клапан 52, в данном случае для примера клапан 52 с поворотной заслонкой, в первичной смесительной камере 542. Помимо этого, в первичной смесительной камере 542 оканчивается через другой воздушный клапан 52, в данном случае для примера клапан 52 с поворотной заслонкой, канал 58 первичного воздуха, который, в свою очередь, имеет вход 581 первичного воздуха для, например, комнатного или свежего воздуха, называемого соответственно первичным воздухом. Канал 58 первичного воздуха может иметь датчик 582 первичного воздуха (например, для регистрации температуры и/или содержания кислорода первичного воздуха).
Через вход 581 первичного воздуха и канал 58 первичного воздуха, а также воздушный клапан 52 еще не смешанный первичный воздух, то есть свежий воздух или окружающий воздух, попадает в первичную смесительную камеру 542, в которой окружающий воздух соответственно установке клапана воздушного клапана 52 смешивается с рециркулированным дымовым газом из первичного рециркуляционного 56 канала. Ниже по потоку после первичной смесительной камеры 542 предусмотрен первичный смесительный канал 54, в котором смесь из первичного (свежего) воздуха и дымового газа дополнительно смешивается. Первичная смесительная камера 542 с клапанами 52 и первичным смесительным каналом вместе образуют первичный смесительный блок 5а.
Вторичный канал 57 рециркуляции оканчивается через воздушный клапан 52, в данном случае для примера клапан 52 с поворотной заслонкой, во вторичной смесительной камере 552. Помимо этого, во вторичной смесительной камере 552 через другой воздушный клапан 52, в данном случае для примера клапан 52 с поворотной заслонкой, оканчивается канал 59 вторичного воздуха, который, в свою очередь, имеет вход 591 вторичного воздуха для вторичного свежего воздуха. Канал 59 вторичного воздуха может иметь датчик 592 вторичного воздуха (например, для регистрации температуры и/или содержания кислорода вторичного воздуха).
Через вход 591 вторичного воздуха и канал 59 вторичного воздуха, а также воздушный клапан 52 вторичный свежий воздух, то есть окружающий воздух, попадает во вторую смесительную камеру 552, в которой окружающий воздух соответственно установке воздушного клапана 52 смешивается с рециркулированным дымовым газом из вторичного рециркуляционного канала 57. Ниже по потоку после вторичной смесительной камеры 552 предусмотрен вторичный смесительный канал 55, в котором смесь из вторичного свежего воздуха и дымового газа дополнительно перемешивается. Вторичная смесительная камера 552 с ее клапанами 52 и вторичный смесительный канал 55 образуют вторичный смесительный блок 5b.
Установка четырех воздушных клапанов 52 регулируется соответственно посредством исполнительного механизма 521 установки клапана, который, например, может быть электродвигателем. На фиг.12 по причине наглядности обозначен только один из четырех исполнительных механизмов 521 установки клапана.
Первичный смесительный канал 54 имеет минимальную длину L1. Минимальная длина L1 составляет, например, по меньшей мере 700 мм от начала первичного смесительного канала 54 на выходе из первичной смесительной камеры 542 до конца первичного смесительного канала 54. Было выяснено, что длина L1 первичного смесительного канала 54 для хорошего перемешивания также должна быть длиннее и составлять, предпочтительно, по меньшей мере 800 мм, идеальным образом 1200 мм. Помимо этого, длина L1, предпочтительно, по конструктивным и пневматическим причинам, не должна превышать, например, 2000 мм. Первичный смесительный канал 54 на его расположенном выше по потоку конце может иметь входную воронку, которая сужается в направлении конца первичного смесительного канала 54. За счет этого поток на расположенном выше по потоку начале канала 54 собирается в центре в пучок и еще раз лучше перемешивается, так как по причине температурных различий может происходить образование струй, прежде всего, на верхней стороне канала 54. Этому образованию струй, предпочтительно, противодействует сужение первичного смесительного канала 54 на его начале.
(Факультативный) вторичный смесительный канал 55 имеет минимальную длину L2. Минимальная длина L2 составляет, например, по меньшей мере 500 мм от начала вторичного смесительного канала 55 на выходе из вторичной смесительной камеры 552 до конца вторичного смесительного канала 55. Было выяснено, что длина L2 вторичного смесительного канала 55 для хорошего перемешивания также должна быть длиннее и составлять, предпочтительно, по меньшей мере 600 мм, идеальным образом 1200 мм. Помимо этого, длина L2, предпочтительно, по конструктивным и пневматическим причинам не должна превышать, например, 2000 мм. Вторичный смесительный канал 55 на его расположенном выше по потоку начале может также иметь входную воронку, которая сужается в направлении конца расположенного ниже по потоку вторичного смесительного канала 55.
Первичный смесительный канал 54 и (факультативный) вторичный смесительный канал 55 могут быть выполнены с прямоугольным поперечным сечением с соответствующей внутренней шириной 160 мм±30 мм (вертикально) / 120 мм±30 мм (вертикально) и внутренней толщиной (горизонтально) 50 мм±15 мм. По причине этого выполнения первичного смесительного канала 54 и вторичного смесительного канала 55 соответственно в виде длинного, плоского и прилегающего к теплообменнику 3 и топочному устройству канала достигаются многие предпочтительные эффекты. С одной стороны, смесь из дымового газа и первичного (свежего) воздуха/вторичного (свежего) воздуха, предпочтительным образом, предварительно нагревается, прежде чем она попадает в зону сжигания. Например, смесь, которая после первичной смесительной камеры 542 имеет температуру +25 градусов Цельсия на расположенном ниже по потоку конце первичного смесительного канала 54 в случае номинальной нагрузки имеет более высокую на 15 градусов Цельсия температуру. С другой стороны, поперечное сечение и продольная протяженность выбираются такой величины, что перемешивание продолжается также после смесительных камер 542, 552, чем обуславливается улучшение гомогенизации потока. При этом потоку предоставляется достаточный путь для дальнейшего перемешивания имеющегося уже в начале пути турбулентного потока.
Другими словами, с помощью удлиненного первичного смесительного канала 54 обеспечивается отрезок пути для дальнейшего перемешивания после первичной смесительной камеры 542, причем первичная смесительная камера 542 целенаправленно предусмотрена для создания значительной турбулентности к началу отрезка пути. Этому может также способствовать факультативная входная воронка каналов 54, 55.
Предпочтительно, обе длины L1 и L2 могут согласовываться в рамках определенного допуска (±10 мм).
Через первичный проход 541 рециркулированный дымовой газ, который предварительно хорошо перемешивается со "свежим" первичным воздухом, подводится снизу к колосниковой решетке 25. Через ее отверстия 256 смесь из рециркулированного дымового газа и первичного свежего воздуха (то есть, первичного воздуха для топочной камеры 24) входит в первичную зону 26 сжигания топочной камеры 24. В этом отношении первичная рециркуляция для рециркуляции смеси "дымовой газ - первичный свежий воздух" предусмотрена так, что она входит снизу в первичную зону 26 сжигания.
Через (факультативный) вторичный проход 551 и прилегающий к нему кольцевой канал 50 (ср. фиг. 13) вокруг кирпичей 29 топочной камеры рециркулированный дымовой газ, который предварительно хорошо смешался со "свежим" вторичным воздухом, то есть вторичным свежим воздухом (или при отсутствии вторичной рециркуляции с первичным (свежим) воздухом), подводится к (также факультативным) соплам 291 рециркуляции или вторичного воздуха. При этом сопла 291 вторичного воздуха, как описано, ориентированы не на центр первичной зоны 26 сжигания, а ориентированы ацентрично, чтобы вызывать закрутку проходящего вверх из первичной зоны 26 сжигания во вторичную зону 27 сжигания потока (то есть, направленный вверх завихренный поток с вертикальной осью закрутки). В этом отношении может быть предусмотрена вторичная рециркуляция для рециркуляции смеси "дымовой газ -вторичный свежий воздух", по меньшей мере, частично во вторичную зону 27 сжигания.
На фиг. 13 и фиг. 14 показаны соответственно фиг. 12 траектории потоков воздуха, рециркулированного дымового газа и смеси "дымовой газ - воздух" в рециркулирующем устройстве 5 посредством (схематических) стрелок S8-S16 потоков. Стрелки S1-S16 показывают гидродинамическую конфигурацию, то есть траектории потоков отдельных газов или движущихся масс в отопительной установке 1 на биомассе. При этом многие имеющиеся компоненты или признаки гидродинамически связаны, причем это может происходить опосредовано (то есть, через другие компоненты) или непосредственно.
Как понятно из фиг. 13 и фиг. 14, дымовой газ, который вытекает после теплообмена из теплообменника 3 и из факультативного фильтровального устройства 4, входит через вход рециркуляции 5 во входной канал 531 рециркуляции рециркулирующего устройства 5 (см. стрелку S8). После (факультативного) разделения потока дымового газа посредством (факультативного) делителя 532 входного рециркуляционного канала дымовой газ первичной рециркуляции течет через первичный канал 56 рециркуляции (см. стрелку S10), в зависимости от установки одного из регулируемых воздушных клапанов 52 в первичную смесительную камеру 541, в которой дымовой газ смешивается с первичным свежим воздухом, который втекает через канал 58 первичного воздуха, в зависимости от установки другого из регулируемых воздушных клапанов 52, также в первичную смесительную камеру 541 (см. стрелку S12).
Вследствие этого в первичном смесительном канале 54 возникает смешанный поток (см. стрелку S14) из дымового газа и первичного свежего воздуха, в котором оба эти компонента по причине турбулентности и длины первичного смесительного канала 54, предпочтительным образом, перемешиваются. На конце первичного смесительного канала 54 возникает гомогенная смесь из дымового газа и первичного свежего воздуха, которая течет через первичный проход 541 к первичной зоне 26 сжигания (см. стрелку S16). Если имеется (предусмотренная гидродинамически подобной первичной рециркуляции) вторичная рециркуляция, то дымовой газ после разделения в разделителе 532 входного рециркуляционного канала течет через вторичный рециркуляционный канал 57 через другой регулируемый воздушный клапан 52 во вторичную воздушную камеру 552 (см. стрелку S9), в которой дымовой газ смешивается с также втекающим через канал 59 вторичного воздуха и другой регулируемый клапан 52 во вторичную смесительную камеру 552 вторичным свежим воздухом (см. стрелку S11). Это смешение дымового газа и вторичного свежего воздуха продолжается во вторичном смесительном канале (см. стрелку S13), чем улучшается перемешивание обоих компонентов. Образовавшаяся, предпочтительно, гомогенная смесь перечет через вторичный проход 551 в кольцевой канал 50 вокруг кирпичей 29 топочной камеры и через сопла 291 рециркуляции в топочную камеру (см. стрелку S15).
Схематическая блок-схема согласно фиг. 15 показывает разъясненные ранее со ссылкой на фиг. 12-14 траектории потоков в соответствующих отдельных компонентах рециркулирующего устройства 5, а также потоков отопительной установки 1 на биомассе. В блок-схеме согласно фиг. 15 показаны как первичная рециркуляция, так и факультативная вторичная рециркуляция в виде полного кругооборота. Рециркулирующее устройство 5 может также иметь только первичную рециркуляцию.
Посредством рециркуляции дымового газа он, в принципе, после сжигания смешивается со свежим воздухом, причем, прежде всего, повышается содержание кислорода, и подводится к новому сжиганию. За счет этого горючие остатки в дымовом газе, которые иначе отводились бы не использованными через дымовую трубу, теперь могут вносить вклад в сжигание.
Соответствующие клапаны 52 с первичной смесительной камерой 541 и (простирающимся, предпочтительно, приблизительно горизонтально) первичным смесительным каналом 54 образуют первичный смесительный блок 5а. Соответствующие клапаны 52 с вторичной смесительной камерой 552 и вторичным смесительным каналом 55 могут образовывать вторичный смесительный блок 5b. В отношении скрытых на фиг. 14 частей направлений потоков рекомендуется обращаться к фиг. 3 и соответствующим разъяснениям.
Помимо этого, на фиг. 15 дополнительно учтен так называемый фальшлюфт (подсасываемый через неплотности воздух), который в данном случае рассматривается как мешающий фактор. При этом фальшлюфт попадает из окружающей среды через неплотности и, прежде всего, через систему подвода топлива в топочную камеру 24, причем он представляет собой дополнительный источник воздуха для сжигания, который следует учитывать при установлении соотношения компонентов смеси или смесей. Поэтому отопительная установка 1 на биомассе в данном случае выполнена, предпочтительно, так, что поступление фальшлюфта в случае номинальной нагрузки составляет менее 6%, предпочтительно, менее 4% количества воздуха смеси из первичного свежего воздуха и рециркулированного дымового газа (и в случае имеющейся вторичной рециркуляции количества воздуха смеси из вторичного свежего воздуха и рециркулированного дымового газа и смеси из первичного воздуха и рециркулированного дымового газа).
Помимо этого, фальшлюфт мог бы неблагоприятным образом попадать назад в топочную камеру 24 из других путей потока дымового газа после сжигания, например, через обычную систему золоудаления. Решение этой проблемы предлагает описанный подробно ниже переходной шнек 73, чем может быть улучшена рециркуляция 5 дымового газа и, тем самым, обработка дымового газа.
(Первичная смесительная камера и вторичная смесительная камера с клапанами)
На фиг. 16 показан вид в сечении первичной смесительной камеры 542, а также двух расположенных со стороны входа (первичных) воздушных клапана 52 с их (первичными) клапанными форкамерами 525 под наклонным углом зрения (ср. внешний вид согласно фиг. 12 и фиг. 13).
Рециркулированный дымовой газ течет по трубчатому первичному рециркуляционному каналу 56 через вход 544 первичного рециркуляционного клапана в факультативно предусмотренную и в данном случае лишь для примера расположенную сверху (первичную) клапанную форкамеру 525, которая окружена посредством корпуса 524 клапана верхнего (первичного) воздушного клапана 52. Вместо клапанной форкамеры 525 первичный рециркуляционный канал 56 может быть, например, выполнен также так, что его поперечное сечение непрерывно расширяется в направлении воздушного клапана 52, за счет чего могла бы быть исключена собственная форкамера.
По каналу 58 первичного воздуха первичный свежий воздух течет через вход 545 первичного воздуха в факультативно предусмотренную и в данном случае лишь для примера расположенную снизу (первичную) клапанную форкамеру 525, которая окружена другим корпусом 524 клапана нижнего (первичного) воздушного клапана 52.
Факультативно, рециркулированный дымовой газ может быть также подведен к нижней клапанной форкамере 525, в то время как первичный свежий воздух может быть подведен к верхней клапанной форкамере.
(Первичные) клапанные форкамеры 525 (первичных) воздушных клапанов 52 выполнены приблизительно в форме усеченного конуса или цилиндра и расширяют площадь поперечного сечения в данном случае для примера верхнего клапана 52 для протекания дымового газа по сравнению с поперечным сечением первичного рециркуляционного канала 56. Тем самым, с одной стороны, могут быть сэкономлены материал и место, так как первичный рециркуляционный канала 56 может быть предусмотрен с меньшим поперечным сечением, а с другой стороны, для управления (или регулирования) потоком через воздушный клапан 52 может быть предусмотрена большая эффективная поверхность клапана. Такая увеличенная поверхность клапана имеет, прежде всего, преимущество, что она менее чувствительна к загрязнениям (помимо прочего, к образованию сажи) и по причине большего поперечного сечения имеет в открытом состоянии меньшую потерю давления.
Воздушные клапаны 52 в данном случае для примера являются клапанами 52 с поворотной заслонкой.
Верхний и нижний клапаны 52 (первичного) воздуха могут быть выполнены тождественными.
Оба воздушным клапана 52 в виде клапанов 52 с поворотной заслонкой включают в себя соответственно исполнительный механизм 521 установки клапана, например, электродвигатель, который может поворачивать установленную в подшипниках с возможностью поворота установочную ось 522 клапана, а также размещенное на установочной оси 522 клапана тело 527 клапана с крепежным элементом установочной оси и по меньшей мере одной заслонкой 523 клапана. По меньшей мере одна заслонка 523 клапана тела 527 клапана соответствующего воздушного клапана 52 предусмотрена ниже по потоку относительно конца клапанной форкамеры 525. Установочная ось 522 клапана проходит через первичную смесительную камеру 542. За счет этого исполнительный механизм 521 клапана соответствующего воздушного клапана 52 предусмотрен на одной стороне первичной смесительной камеры 542, а тело 527 клапана предусмотрено на противолежащей исполнительному механизму 521 установки клапана стороне первичной смесительной камеры 542.
По меньшей мере одна заслонка 523 клапана расположена так, что она может быть перемещена или повернута по меньшей мере в два разных положения, чтобы установить пропускную способность воздушного клапана 52.
Например, в одном из первых положений, по меньшей мере, частичная область проходного отверстия 526 клапана посредством запорной плоскости, которая предусмотрена посредством заслонки 523 клапана, гидродинамически закрывается, так что дымовой газ не может протекать через частичную область по меньшей мере одного проходного отверстия 526 клапана в первичную смесительную камеру. Во втором из положений запорная плоскость, по меньшей мере, частично освобождает частичную область, так что через частичную область может протекать дымовой газ.
В первом положении воздушный клапан 52 может быть, предпочтительно, полностью закрыт, причем запорная плоскость по меньшей одной заслонки 523 клапана полностью перекрывает проходную поверхность соответствующего по меньшей мере одного проходного отверстия 526 клапана. На фиг. 16 это закрытое положение клапана для примера показано посредством нижнего воздушного клапана 52.
2
2
Помимо этого, во втором положении воздушный клапан 52, предпочтительно, полностью открыт, причем запорная поверхность по меньшей мере одной заслонки 523 клапана полностью освобождает проходную поверхность соответствующего по меньшей мере одного проходного отверстия 526 клапана. На фиг. 17 это открытое положение клапана для примера показано посредством верхнего воздушного клапана 52. В полностью открытом состоянии проходная поверхность воздушного клапана может, например, составлять 5300 мм±500 мм. Предпочтительно, воздушный клапан 52 может быть свободно установлен между полностью открытым состоянием и полностью закрытым состоянием.
В данном случае у соответственно одного воздушного клапана 52 в первичной смесительной камере 542 для примера предусмотрены две заслонки 523 клапана с соответственно двумя проходными отверстиями 526 клапана (то есть, корпус клапана образует веерную задвижку). Впрочем, могут быть также предусмотрены только одна или также несколько заслонок клапана и соответствующее число проходных отверстий 526 клапана.
Помимо этого, на фиг. 16 можно увидеть поверхность 528 клапана, в которой предусмотрены проходные отверстия 526 клапана и которая образована посредством корпуса 546 первичной смесительной камеры. Предпочтительно, заслонки 523 клапана в любом положении тела 527 клапана могут лежать на поверхности 528 клапана или прилегать к поверхности 528 клапана. Предпочтительно, воздушный клапан 52 выполнен так, что площадь отверстия проходного отверстия 526 клапана больше, чем площадь поперечного сечения входа 544 клапана первичной рециркуляции (и входа 545 (клапана) первичного воздуха), чтобы оптимизировать потерю давления за счет клапана.
Обе заслонки 523 клапана предусмотрены зеркально симметричными (точечно симметричными) относительно центральной оси установочной оси 522. Далее, обе заслонки 523 клапана выполнены серповидными. Согласно этому оба соответствующие проходные отверстия 526 клапана могут быть выполнены также серповидными. При этом серповидная форма может быть, например, предусмотрена так, что она на внешнем конце серпа заостряется.
Эта серповидная форма по меньшей мере одной заслонки 523 клапана является причиной того, что поток, который протекает через по меньшей мере одно проходное отверстие 526 клапана все еще имеет неравномерное течение в поперечном сечении, но без сильного повышения потери давления. Это улучшает перемешивание в первичной смесительной камере 542.
Помимо этого, вышеизложенное выполнение воздушного клапана 52 в виде клапана с поворотной заслонкой также является значащим при так называемой эксплуатации с низкой загрузкой или также при включении отопительной установки 1 на биомассе, то есть когда она эксплуатируется только с низкими температурами. Из-за низких температур обычные створчатые клапаны будут особо сильно загрязняться сажей в дымовом газе. Вследствие этого загрязнения обычные клапаны приводятся в действие с большим затруднением хода, что невыгодным образом увеличивает их нагрузку и, следовательно, износ. Настоящее выполнение воздушного клапана 52 уменьшает эту проблематичность.
Посредством (для примера верхнего) воздушного клапана 52, в данном случае для примера клапана 52 с поворотной заслонкой, можно устанавливать количество рециркулированного дымового газа перед его смешением с (свежим) первичным воздухом. Другой воздушный клапан 52 для первичного свежего воздуха соответственно делает возможным регулирование подведенного первичного свежего воздуха. За счет этого, предпочтительным образом, может быть установлено соотношение компонентов смеси из первичного свежего воздуха и рециркулированного дымового газа. Таким образом, соотношение компонентов смеси может быть приспособлено к разным рабочим точкам или оптимальным рабочим точкам сжигания.
Верхний клапан 52 с поворотной заслонкой может также называться клапаном возврата первичного дымового газа.
Нижний клапан 52 с поворотной заслонкой может также называться клапаном подвода первичного свежего воздуха.
Вместо клапанов 52 с поворотной заслонкой могут использоваться другие виды клапанов, например, клапаны со скользящей заслонкой, клапаны с линейной заслонкой или шаровые клапаны.
Расположенная гидродинамически после обоих воздушных клапанов 52 первичная смесительная камера 542 служит сведению рециркулированного дымового газа с первичным свежим воздухом, которые предусмотрены для первичной зоны 26 сжигания топочной камеры 24. Первичная смесительная камера 542 и оба (первичных) клапана 52 являются частью первичного смесительного блока 5а и служат регулируемому смешению дымового газа с первичным свежим воздухом.
Первичная смесительная камера 542 образована посредством корпуса 546 первичной смесительной камеры. Корпус 546 первичной смесительной камеры предусмотрен примерно прямоугольным или коробчатым и имеет выход 543 первичной смесительной камеры. Выход 543 первичной смесительной камеры предусмотрен ниже по потоку относительно обоих проходных отверстий 526 клапанов. Выход 543 первичной смесительной камеры предусмотрен на противолежащей стороне обоих проходных отверстий 526 клапана стороне корпуса 546 первичной смесительной камеры.
Корпус 546 первичной смесительной камеры с ее проходными отверстиями 526 клапанов и выходом 543 первичной смесительной камеры может быть выполнен так, что они не лежат непосредственно напротив друг друга через объем камеры. Другими словами, входные отверстия 542 первичной смесительной камеры 542 и выходное отверстие 543 из первичной смесительной камеры 542 предусмотрены так, что объединенные потоки дымового газа и первичного свежего воздуха могут лучше смешиваться, так как потоки объединяются.
Например, у первичной смесительной камеры 542 согласно фиг.16 (общий) поток дымового газа принудительно отклоняется посредством верхнего воздушного клапана 52 вниз непосредственно перед входом первичного свежего воздуха в первичную смесительную камеру 542. За счет этого, предпочтительным образом, оба потока объединяются и могут лучше перемешиваться.
Помимо этого, как поток дымового газа через верхний воздушный клапан 52, так и поток первичного свежего воздуха через нижний воздушный клапан 52 (которые, например, на фиг. 16 направлены влево) ударяются о стенку корпуса 546 первичной смесительной камеры, за счет чего они даже при малых скоростях потоков принудительно образуют завихрения воздуха. Это способствует равномерному перемешиванию дымового гази с первичным свежим воздухом.
Помимо этого, входные потоки первичного свежего воздуха и дымового газа в первичной смесительной камере 542 выполнены серповидными, чем они представляют дополнительный элемент, который создает завихрения уже при входе в первичную смесительную камеру 542.
Важно хорошее или гомогенное перемешивание рециркулированного дымового газа с первичным свежим воздухом, так как это иначе может приводить к образованию струй (то есть, слишком длительных неоднородностей) в подводимом к сжиганию воздухе, чем будет оказано отрицательное влияние на процесс сжигания. Например, в случае неоднородной смеси из первичного (свежего) воздуха и рециркулированного дымового газа повышается выброс вредных веществ из отопительной установки 1 на биомассе.
В результате представленная выше конфигурация, предпочтительным образом, улучшает перемешивание дымового газа с первичным свежим воздухом с помощью простой конструкции.
На фиг. 17 показаны в отношении вторичной рециркуляции вид в сечении вторичной смесительной камеры 552, а также два расположенных на стороне входа (вторичных) воздушных клапана 52 с их (вторичными) клапанными форкамерами 525 под наклонным углом зрения (ср. внешний вид соответственно фиг. 12 и фиг. 13). Одинаковые или подобные признаки согласно фиг. 17 соответствуют структурно и функционально признакам согласно фиг. 16, отчего для предотвращения повторений рекомендуется обращаться к вышеприведенным описаниям относительно в значительной степени аналогичной фиг. 16.
Рециркулированный дымовой газ течет по трубчатому вторичному рециркуляционному каналу 57 через вход 554 вторичного рециркуляционного клапана в факультативно предусмотренную и в данном случае для примера расположенную внизу (вторичную) клапанную форкамеру 525, которая окружена посредством корпуса 524 клапана верхнего (вторичного) воздушного клапана 52. Через вторичный воздушный канал 58 вторичный свежий воздух (свежий воздух) течет через вход 555 клапана вторичного воздуха в факультативно предусмотренную и в данном случае для примера расположенную вверху (вторичную) клапанную форкамеру 525, которая окружена посредством другого корпуса 524 клапана нижнего (вторичного) воздушного клапана 52.
В данном случае положение входов рециркуляционных каналов 56, 57 в клапанные форкамеры 525 (и, тем самым, положение предусмотренного для дымового газа клапана 52) выполнено так, что рециркуляционные каналы 56, 57 могут быть проведены параллельно через максимально длинные участки. За счет этого может быть предусмотрена совместная изоляция рециркуляционных каналов 56, 57 и, предпочтительным образом, могут быть снижены тепловые потери через участки рециркуляционных каналов 56, 57.
Факультативно, рециркулированный дымовой газ может быть также подведен к верхней (вторичной) клапанной форкамере 525, в то время как вторичный свежий воздух подводится к нижней (вторичной) клапанной форкамере 525.
Вторичная смесительная камера 552 имеет корпус 556 вторичной смесительной камеры с объемом смесительной камеры и выходом вторичной смесительной камеры 553 аналогично первичной смесительной камере 542.
Оба воздушных клапана 52 согласно фиг. 17, как и в случае фиг. 16, выполнены в виде клапанов с поворотной заслонкой. Верхний и нижний клапаны 52 (вторичного) воздуха могут быть выполнены тождественными. Нижний клапан 52 с поворотной заслонкой может также называться вторичным возвратным клапаном дымового газа. Нижний клапан 52 с поворотной заслонкой согласно фиг. 17 показан в полностью открытом состоянии.
Верхний клапан 52 с поворотной заслонкой может также называться вторичным клапаном подвода свежего воздуха. Верхний клапан 52 с поворотной заслонкой согласно фиг. 17 показан в только частично открытом состоянии.
Оба вторичных клапана 52 с поворотной заслонкой предусмотрены приблизительно идентичными относительно обоих первичных клапанов 52 с поворотной заслонкой согласно фиг. 16. Это относится, прежде всего, к серповидной форме заслонки 523 клапана.
Расположенная после обоих воздушных клапанов 52 вторичная смесительная камера 552 служит объединению рециркулированного дымового газа с первичным свежим воздухом, который предусмотрен для первичной зоны 26 сжигания топочной камеры 24. Первичная смесительная камера 542 и оба (первичных) клапана 52 являются частью первичного смесительного блока 5а и служат регулируемому перемешиванию дымового газа с первичным свежим воздухом.
Вторичная смесительная камера 552 образована посредством корпуса 556 вторичной смесительной камеры. Корпус 556 вторичной смесительной камеры предусмотрен примерно прямоугольным или коробчатым и имеет выход 553 вторичной смесительной камеры. Выход 553 вторичной смесительной камеры предусмотрен ниже по потоку относительно обоих проходных отверстий 526 клапанов. Выход 553 первичной смесительной камеры предусмотрен на противолежащей стороне обоих проходных отверстий 526 клапана стороне корпуса 556 первичной смесительной камеры.
Помимо этого, корпус 556 вторичной смесительной камеры с ее проходными отверстиями 526 клапанов и выходом 553 вторичной смесительной камеры может быть выполнен так, что они не лежат непосредственно напротив друг друга через объем камеры. Другими словами, входные отверстия 526 вторичной смесительной камеры 552 и выходное отверстие 553 из вторичной смесительной камеры 552 предусмотрены так, что объединенные потоки дымового газа и первичного свежего воздуха могут лучше смешиваться, так как потоки объединяются.
В отличие от конфигурации первичной смесительной камеры 542 согласно фиг. 16, у вторичной смесительной камеры 552 представлена факультативная конфигурация входных отверстий 526 вторичной смесительной камеры и выходного отверстия 553 из вторичной смесительной камеры 552. При этом выходное отверстие 553 расположено между обоими входными отверстиями 526 (или проходными отверстиями 526 клапана). За счет этого поток вторичного свежего воздуха из верхнего входного отверстия 526 и поток дымового газа и нижнего входного отверстия 526 отклоняются так, что они встречаются приблизительно в центре вторичной смесительной камеры 552, перемешиваются там с образованием завихрения и выходят в виде общего потока из выходного отверстия 553. За счет многократного изменения направления и такого вида объединения обоих потоков может так же, как в случае первичной смесительной камеры 542, преимущественным образом происходить перемешивание вторичного свежего воздуха и первичного свежего воздуха.
Таким образом, эффекты конфигурации вторичной смесительной камеры 552 согласно фиг. 17 аналогичны эффектам первичной смесительной камеры 542 согласно фиг. 16, к которой рекомендуется обращаться.
Хорошее (гомогенное) перемешивание первичного свежего воздуха или вторичного свежего воздуха с рециркулированным дымовым газом вносит важный вклад в оптимизацию процессов сжигания в отопительной установке 1 на биомассе. Например, первичный свежий воздух и вторичный свежий воздух, как правило, имеют долю кислорода примерно 21%, а рециркулированный дымовой газ при эксплуатации с номинальной нагрузкой имеет, например, долю кислорода только приблизительно от 4 до 5%. Если бы при рециркуляции происходило негомогенное смешивание, то слой 28 топлива обеспечивался бы снизу кислородом и также первичная зона 26 сжигания негомогенно. В худшем случае при сильном образовании струй при рециркуляции воздух подводился бы к части топлива для сжигания с очень низкой долей кислорода. Процесс сжигания этой части был бы заметно ухудшен.
Однако посредством первичного смесительного блока 5а и (факультативного) вторичного смесительного блока 5b обеспечивается гомогенное перемешивание первичного свежего воздуха или вторичного свежего воздуха с рециркулированным дымовым газом. Другими преимуществами гомогенного перемешивания являются снижение температурных максимумов (которые могут вызвать загрязнение и шлакование), а также уменьшение пиков скорости дымового газа (которые повышают нагрузку на материалы и эрозию установки).
Выполнение сопел 291 вторичного воздуха или рециркуляции для вторичной рециркуляции в данном случае представлено с такой же точки зрения, как и выше.
Сопла 291 вторичного воздуха или рециркуляции расположены так, что по поперечному сечению топочной камеры 24 происходит турбулентное перемешивание и гомогенизация потока. Прежде всего, сопла 291 вторичного воздуха или рециркуляции расположены и ориентированы так, что они могут приводить в топочной камере 24 к закрученному потоку.
Прежде всего, разъясненное выше выполнение сопел 291 вторичного воздуха приводит к минимизации топочного объема, а также уменьшению выбросов.
Если предусмотрена только первичная рециркуляция, то посредством обоих (первичных) воздушных клапанов 52 как массовый поток (кг/ч), так и соотношение компонентом смеси из рециркулированного дымового газа и первичного свежего воздуха могут, предпочтительно, регулироваться так, что достигается или по меньшей мере приблизительно достигается оптимальная рабочая точка сжигания в отопительной установке 1 на биомассе.
Если должны быть предусмотрены вторичная рециркуляция и первичная рециркуляция, то они, предпочтительно, могут регулироваться независимо друг от друга. То есть массовый поток (кг/ч) и соотношение компонентом смеси первичной рециркуляции и массовый поток (кг/ч) соотношение компонентом смеси вторичной рециркуляции могут соответственно регулироваться независимо друг от друга.
За счет этого сжигание может быть, предпочтительно, гибко и оптимизировано установлено в рабочей точке также с учетом известного поступления фальшлюфта. Другими словами, использование, прежде всего, двух (только первичная рециркуляция) или четырех (первичная и вторичная рециркуляция) независимо регулируемых воздушных клапанов 52 приводит к более широкому диапазону регулирования для рециркулирующего устройства 5, чем обычно предусмотрено.
В случае эксплуатации может полностью автоматически регулироваться посредством устройства управления, прежде всего, диапазон потока первичного воздуха или факультативно также диапазон потока вторичного воздуха. За счет этого достигается оптимизированная оптимизация производительности и оптимизация сжигания, уменьшается шлакообразование за счет не превышения температуры плавления золы в топочной камере и обеспечивается высокий коэффициент полезного действия, очень низкие значения тонкой пыли с низкими выбросами NOx, и это при разных топливах и разных качествах топлива, поскольку, следовательно, рециркулирующее устройство 5 пригодно, прежде всего, для гибридного сжигания с разными топливами.
Следовательно, рециркулирующее устройство 4 предусматривает улучшенную обработку дымового газа.
(Конденсатор дымового газа)
Помимо этого, на топочной установке 1 на биомассе может быть предусмотрен конденсатор дымового газа. Конденсатор дымового газа является особым видом теплообменника.
В зависимости от состава топлива и подвода воздуха, их обоих влажности и содержания химически связанных атомов водорода в топливе, при сжигании в дымовом газе образуются разные количества водяного пара, а также прочих конденсируемых веществ. Если он будет охлажден в конденсаторе дымового газа ниже точки росы, то водяной пар и сопровождающие вещества могут конденсироваться и высвободившееся тепло конденсации может быть перенесено в переносящую тепло среду. Поскольку за счет этого используется скрытое теплосодержание дымового газа, то вследствие этого могут уменьшиться использование топлива и выбросы СО2.
При протекающем, чаще всего, не полностью сжигании биологических материалов (прежде всего, при отоплении щепой и пеллетами) при охлаждении дымового газа осаждаются глянцевая копоть, летучая зола, летучая пыль, древесная смола или деготь и в некоторых случаях не сгоревшие углеводы. Они сильно загрязняют поверхности теплообменника и обычно приводят к препятствующим вытяжке отработанных газов или тяге в дымоходе отложениям. Поэтому, например, камины и кафельные печи без установки конденсации дымового газа эксплуатируются при температуре отработанных газов выше 120°С, что является невыгодным, поскольку является энергетически неэффективным. Не отделенные посредством этого вредные вещества и водяной пар (теплота конденсации и остаточное энергосодержание могут достигать 70% теплотворной способности) отрицательным образом могут выделяться в окружающую среду.
За счет этого в отношении конденсатора дымового газа для отопительных установок 1 на биомассе с гибридной технологией ставится задача выполнения оптимизированного конденсатора дымовых газов с высоким коэффициентом полезного действия, который, несмотря на это, является не чувствительным к загрязнению.
На фиг. 18 показан трехмерный обзорный вид отопительной установки на биомассе согласно фиг.1 с дополнительной внешней облицовкой 16 (например, изоляцией 16) и дополнительным конденсатором 49 дымового газа. Конденсатор 49 дымового газа установлен рядом с котлом 11 посредством крепежного устройства 499 и через подводящий трубопровод 411 дымового газа или отработанного газа соединен с выходом 41 дымового газа или отработанного газа котла 11. Дымовой газ протекает через конденсатор 49 дымового газа и вытекает из него через выходной патрубок 412 дымового газа. Конденсатор дымового газа имеет боковую поверхность 498 с закрытым в данном случае отверстием для технического обслуживания.
Помимо этого, предусмотрен фланец 497 с отверстием, чтобы удерживать выступающую внутрь конденсатора 49 дымового газа трубу для разбрызгивания (она не показана). Эта выступающая горизонтально из фланца распылительная труба имеет направленные вниз (распылительные) сопла и подключена к линии подвода воды. При активировании подвода воды внутреннее пространство конденсатора 49 отходящих газов может очищаться.
Помимо этого, у конденсатора 49 дымового газа согласно фиг.18 на головном элементе 495 конденсатора 49 дымового газа предусмотрены первый гидродинамический патрубок 491 и второй гидродинамический патрубок 492 для теплообменной среды. При этом один из патрубков является впускным патрубком, а другой выпускным патрубком. Обычно теплообменная среда циркулирует в замкнутом контуре, чем делается полезным воспринятое теплообменной средой тепло.
На нижней стороне конденсатора 49 дымового газа предусмотрено выходное отверстие 496 конденсата, через которое может стекать образовавшийся внутри конденсатора 49 дымового газа конденсат.
На фиг.19А показан конденсатор 49 дымового газа согласно фиг. 18 на виде сбоку из направления стрелки Н согласно фиг. 18. На фиг. 19Б показан конденсатор 49 дымового газа согласно фиг. 18 на виде сбоку из направления стрелки V согласно фиг.18.
Стрелка OS1 показывает схематически течение или поток дымового газа внутри конденсатора 49 дымового газа сверху вниз, то есть от подводящего трубопровода 411 дымового газа до выходного патрубка 412 дымового газа. При этом поток дымового газа по существу направлен вниз и после входа в конденсатор 49 дымового газа распределяется в его внутреннем объеме.
На фиг.20 показан внутренний вид конденсатора 49 дымового газа согласно фиг. 19А и фиг. 18.
Внутри конденсатора 49 дымового газа поперек главного направления потока расположены несколько труб 493 теплообменника. Через эти U-образные трубы 493 теплообменника протекает теплообменная среда, и они обтекаются дымовым газом. При этом происходит теплообмен. Прежде всего, на трубах теплообменника может происходить конденсация дымового газа, с чем отделяются составные части дымового газа (прежде всего, вода). Несколько труб 493 теплообменника могут также называться пучком труб 493 теплообменника.
Для конденсата в нижней части конденсатора 49 дымового газа предусмотрена сборная воронка 4961 конденсата, которая улавливает конденсат и выводит к выходному отверстию 496 конденсата. Оттуда конденсат может утилизироваться. Помимо этого, сборная воронка 4961 конденсата выполнена так, что она отклоняет поток дымового газа в нижней части конденсатора 49 дымового газа в сторону или горизонтально в направлении выходного патрубка 412 дымового газа.
За счет направленного потока дымового газа в направлении выходного отверстия 496 конденсата, предпочтительным образом, ускоряется выгрузка конденсата.
Несколько U-образных труб 493 теплообменника удерживаются на одной стороне посредством держателя 4931 труб. Помимо этого, оба конца нескольких U-образных труб 493 теплообменника закреплены на базовом элементе 4932 труб, например, приварены. Базовый элемент 4932 труб является пластинчатым элементом с несколькими отверстиями для труб 493 теплообменника. Базовый элемент 4932 труб образует обращенную внутрь часть головного элемента 495. Головной элемент 495 включает в себя выполненный в виде камеры направляющий канал для потока между первым гидродинамическим патрубком 491 и вторым гидродинамическим патрубком 492 так, что несколько U-образных труб 493 теплообменника последовательно соединены друг с другом группами. Например, предопределенное число U-образных труб 493 теплообменника соединены гидравлически параллельно, чтобы образовать группу U-образных труб теплообменника, и группы, в свою очередь, могут быть гидравлически последовательно соединены друг с другом. Этот направляющий канал может быть, кроме того, выполнен посредством направляющего элемента 4951 потока головного элемента, имеющего разделительные пластины 4951, которые подразделяют полость в головном элементе 495 на отдельные гидравлические отсеки. Это, прежде всего, видно при совместном рассмотрении фиг. 20 и 23.
Трубы 493 теплообменника выполнены сгруппированными в одном дымоходе. Это исполнение в одном дымоходе может легко чиститься, так как требуется лишь один комплект очищающих сопел, и, предпочтительно, предусматривает гомогенное натекание и протекание дымового газа.
Теплообменная среда течет через один из гидродинамических патрубков 491, 492 в конденсатор 49 отработанных газов и затем по причине разделительных пластин вытекает через головной элемент 495 и U-образные трубы 493 теплообменника и снова через другой гидродинамический патрубок. При этом протекающая через конденсатор 49 дымового газа теплообменная среда поглощает тепло из дымового газа.
Конденсатор 49 дымового газа с трубами 493 теплообменника образуют теплообменник с гладкими трубами. При этом теплообменная среда находится в трубах 49 теплообменника 3, а дымовой газ обтекает трубы 493 теплообменника. Трубы 493 теплообменника могут, например, состоять из материала 1.4462 или 1.4571. Являющийся нержавеющей сталью материал 1.4462 (предпочтительно, X2CrNiMoN22-5-3) в данном случае оказался более устойчивым и лучшим, чем материал 1.4462 (V4A). Говоря подробно, 1.4462 обладает особо высокой коррозионной стойкостью (прежде всего, против коррозионного растрескивания и химической коррозии) и очень хорошими механическими свойствами (например, прочностью), пригоден для использования при температурах от 100°С до 250°С, хорошо сваривается и полируется. Уменьшенное в отличие от обычного аустенита содержание никеля делает использование стали 1.4462 предпочтительным также с экономической точки зрения, так как он, несмотря на лучшие свойства материала, не является существенно дорогим.
Важным фактором при оптимизации эффективности процесса теплообмена является оптимизация поверхностей и обтекания нескольких U-образных труб 493 теплообменника. Это будет более подробно разъяснено со ссылкой на фиг.21-26.
На фиг. 21 показан конденсатор 49 дымового газа из вида сверху с видом в отверстие 411 для подвода дымового газа конденсатора дымового газа. Можно понять, что несколько труб 493 теплообменника образует пересекающую поток дымового газа структуру, у которой трубы 493 теплообменника расположены вертикально на одной линии друг с другом. За счет этого настоящий конденсатор 49 дымового газа имеет перекрестный поток в отношении потока теплообменной среды (например, воды) относительно направления потока дымового газа (OS1). Между трубами 493 теплообменника предусмотрены промежуточные пространства (щели) с постоянной шириной.
На фиг. 22 показан конденсатор 49 дымового газа согласно фиг. 18 из вида горизонтального сечении сверху. При этом трубы теплообменника расположены по всей площади поперечного сечения конденсатора 49 дымового газа так, что первые (горизонтальные) промежуточные пространства 4934 относительно друг друга между трубами 493 теплообменника и вторые (горизонтальные) промежуточные пространства 4935 между трубами 493 теплообменника и внешними стенками конденсатора 49 дымового газа имеют по существу постоянную ширину. Незначительные исключения из этого могут иметься на образованных петлями труб 493 теплообменника местах 4933 поворота, так как здесь неизбежно присутствуют изменяющиеся и частично большие промежуточные пространства. Таким образом, U-образная труба 493 теплообменника имеет две прямые отдельные трубы с местом поворота 4933 между ними.
Первые промежуточные пространства 4934 образуют, при рассмотрении на виде согласно фиг.22, разновидность вертикального и проходящего прямолинейно "узкого прохода" между трубами 493 теплообменника, через которые дымовой газ может протекать вертикально. За счет этого снижается потеря давления, в то время как с вышеописанной конструкцией с гладкими трубами может быть обеспечен эффективный теплообмен.
Помимо этого, промежуточные пространства 4934 между трубами 493 теплообменника и вторые промежуточные пространства 493 5 между трубами 493 теплообменника и внешними стенками конденсатора 49 дымового газа могут быть предусмотрены так, что первые промежуточные пространства 4934 имеют большую горизонтальную ширину, чем вторые промежуточные пространства 4935.
Вышеописанное размещение промежуточных пространств 4934, 4935 приводит, предпочтительно, к равномерному распределению потока дымового газа и, тем самым, к более гомогенному и более эффективному теплообмену.
На фиг. 23 показан трехмерный вид нескольких труб 493 теплообменника с базовым элементом 4932 труб и держателем 4931 труб. Держатель 4931 труб может быть выполнен из листового металла с вырубленными отверстиями для U-образных труб 493 теплообменника. Держатель 4931 труб служит креплению труб 493 теплообменника и снижает механическую нагрузку на концах труб 493 теплообменник. Пластинчатый держатель 4932 труб соединен с трубами 493 теплообменника так, что в базовом элементе 4932 труб предусмотрены соответствующие трубам 493 теплообменника пропускные отверстия 4936 и теплообменная среда может соответствующим образом протекать через базовый элемент 4932 труб.
Внешние размеры нескольких труб 493 теплообменника (пучка труб) и базового элемента 4932 труб могут составлять, например, 42×⋅187×421 мм, вследствие чего имеется очень компактная конструкция.
Трубы 493 теплообменника с их U-образной формой расположены вертикально, за счет чего предусмотрены вертикально друг над другом две отдельные трубы (или участки труб) на каждую U-образную трубу 493 теплообменника.
На фиг. 24 показан вид сбоку нескольких труб 493 теплообменника согласно фиг. 23. Предпочтительно, может быть второй гидродинамический патрубок 492 для впуска теплообменной среды, и может быть первый гидродинамический патрубок 491 для выпуска теплообменной среды. Для этого случая на фиг. 24 стрелками показан поток теплообменной среды из труб 493 теплообменника и в трубы теплообменника. Три стрелками с обозначением OS1 показывают схематически поток дымового газа. Поток теплообменной среды перемещается попеременно слева направо и наоборот, и при этом извивается в форме меандра снизу наверх против направления потока. В этом отношении настоящий конденсатор 49 дымового газа имеет перекрестную противоточную конфигурацию. Эта конфигурация оказалась идеальной для рекуперации тепла. Помимо этого, конденсатор 49 дымового газа может, предпочтительным образом, легко очищаться.
На фиг. 25 показан вид сверху на несколько труб 493 теплообменника согласно фиг.213 для наглядного пояснения общей геометрии нескольких труб 493 теплообменника согласно фиг. 23.
Дымовой газ проникает между труб 493 теплообменника также сверху, то есть из вида согласно фиг. 25 можно увидеть проходы для дымового газа. Эти проходы являются продолговатыми щелями или узкими проходами, через которые дымовой газ распределяется и должен проходить с соприкосновением с большими поверхностями труб 493.
При этом первые промежуточные пространства 4934 могут иметь (например, горизонтальную) ширину SP2 (ширину щели или узкого прохода для дымового газа в первом направлении), которая может, предпочтительно, составлять 6,0 мм±2 мм. За счет этого эта ширина SP2 заметно меньше, чем обычно, что улучшает эффективность.
Ширина SP2 может быть, например, равной или меньшей ширины SP1 (минимальное расстояние).
Внешний диаметр труб 493 теплообменника может, например, составлять 12,0 мм±1 мм. Таким образом, расстояние поперечного деления конденсатора 49 дымового газа может, например, составлять 12,0 мм+6 мм=18 мм±1, 55 мм.
Размеры общей конструкции и, прежде всего, ширины SP2 выбраны, предпочтительным образом, так, что в данном случае могут достигаться высокие скорости теплопередачи и, следовательно, высокие коэффициенты полезного действия (>107%) с малым необходимым объемом. Предпочтительным образом, ширина SP2 в виде узкой щели может быть предусмотрена для всего количества труб 493 теплообменника совпадающей.
У нескольких труб 493 теплообменника на фиг.23 предусмотрены одиннадцать (11) вертикальных пучков труб и девять (9) горизонтальных пучков труб, что оказалось хорошим компромиссом между компактностью конструкции, эффективностью теплообменника, потерей давления дымового газа, потерей давления теплообменной среды и сложностью механической конструкции. Таким образом, могут быть, например, предусмотрены в целом 99 U-образных труб 493 теплообменника.
За счет этого горизонтальные пучки труб 493 теплообменника расположены группами в первом направлении (в данном случае, например, в горизонтальном направлении) и параллельно друг другу. Такая группа показана на фиг. 25.
Помимо этого, группы горизонтальных пучков труб расположены параллельно друг другу во втором направлении (в данном случае, например, вертикально друг над другом), как это для примера показано на фиг. 24. Предпочтительно, первое и второе направление могут быть ортогональными относительно друг друга.
После вычислений и практических испытаний оказалось предпочтительным, что следующие области количества труб могут вертикально и горизонтально приводить к оптимизированному в вышеописанном смысле теплообменнику:
- от 8 до 14, предпочтительно от 10 до 12, вертикальных U-образных труб 493 теплообменника, а также
- от 7 до 12, предпочтительно от 8 до 10, горизонтальных U-образных труб 493 теплообменника.
Относительно отдельных труб могут (например) быть предусмотрены следующие диапазоны количества:
- от 16 до 28, предпочтительно от 20 до 24, вертикальных (отдельных) труб,
и
- от 7 до 12, предпочтительно от 8 до 10, горизонтальных (отдельных) труб.
Одна U-образная труба 493 теплообменника содержит в данном случае из вертикального вида 2 отдельные трубы, а из горизонтального вида 1 отдельную трубу.
На фиг. 26 показана отдельная (выделенная) приведенная в качестве примера труба 493 теплообменника согласно фиг. 23 и ее размеры. Впрочем, размеры трубы 493 теплообменника могут также от них отличаться. Например, также при других размерах трубы 493 теплообменника ширина SP2 прохода может поддерживаться равной 6 мм±2 мм.
Показанная на левой стороне фиг.26 средняя линия представляет среднюю ось U-образной трубы 493 теплообменника. Предпочтительно, все средние линии нескольких U-образных труб 493 теплообменника расположены параллельно друг другу.
Другим преимуществом конструкции является то, что несколько одинаковых или идентичных U-образных труб 493 теплообменника могут изготавливаться в массовом производстве. Затем изготовленные отдельно трубы 493 теплообменника свариваются с базовым элементом, прежде чем или после того как они вставляются в держатель 4931 труб.
Довольно малая ширина SP2 узкого прохода становится возможной, прежде всего, поскольку описанная выше отопительная установка 1 на биомассе по причине ее эффективности и "чистого" сжигания приводит лишь к очень незначительному загрязнению труб 493 теплообменника. Этому может, прежде всего, способствовать предвключенное электростатическое фильтровальное устройство 4. Помимо этого, в конденсаторе 49 дымового газа может иметься автоматическая очистка, например, посредством распыляющих воду сопел. Эти распыляющие воду сопла могут посредством устройства управления автоматически, например, через равные промежутки времени активироваться, чтобы смыть или опрыскать осадки. Вода для смывания может быть затем отведена через выход 496 конденсата из конденсатора 49 дымового газа, вследствие чего выход 496 конденсата может выполнять двойную функцию. В результате конденсатор 49 дымового газа может активно очищаться от загрязнений, вследствие чего может стать малая ширина узкого прохода.
Таким образом, конденсатор 49 дымового газа может комбинироваться с гидродинамически предвключенным электростатическим фильтровальным устройством 4. За счет этого могут быть достигнуты очень низкие содержания пыли в дымовом газе и за счет этого, в свою очередь, энергоэффективная концепция с шириной щели 6±2 мм, предпочтительно 5±1 мм, между пучками теплообменника при перекрестно-противоточной конструкции в качестве теплообменника с пучком труб.
С представленной выше конфигурацией также согласно вычислениям можно поддерживать потерю давления в дымовом газе менее 100 Па (скорее примерно 60 Па), в то время как согласно расчетам является достижимой разность в 14 К между температурой дымового газа и выходящей текучей средой. Мощность теплообмена с представленным выше для примера размерами составляет примерно 19,1 кВт. При этом настоящий конденсатор 49 дымового газа, прежде всего и в отличие от уровня техники для отопительных установок на биомассе, рассчитан и поэтому также пригоден в широком диапазоне мощностей от 20 до 500 кВт.
Вместе с тем конденсатор 49 дымового газа предусматривает улучшенную обработку дымового газа.
Настоящий конденсатор 49 дымового газа с малой шириной SP2 прохода возвращает обратно из дымового газа всю ощутимую и дополнительно, прежде всего, скрытую теплоту. За счет этого коэффициент полезного действия всей установки может быть значительно повышен - в случае пеллет в качестве топлива (М7) до 105% и случае щепы в качестве топлива (М30) до более чем 110% (соответственно в расчете на подведенную энергию топлива (теплотворную способность). (Переходной шнек)
В нижней части отопительной установки 1 на биомассе согласно фиг. 2 и 3 показано устройство 7 отвода золы, которое имеет шнек 71 для выгрузки золы (транспортировочный шнек) с переходным шнеком 73 в канале отвода золы, который приводится в движение, то есть вращается, двигателем 72.
Шнек 71 для выгрузки золы устройства 7 отвода золы служит эффективному удалению остатков сжигания из нижней части котла 11 в контейнер 74 золы, который для примера показан на фиг. 18. Помимо этого, переходной шнек 73 шнека 71 для выгрузки золы служит разделению отдельных областей потока котла 11 (см. стрелки S1 и S5), итак, он отделяет топочную камеру 24 от поворотной камеры 35. При этом дымовой газ после прохода через теплообменник 3 не должен попадать неконтролируемо к сжиганию.
Приведенной в качестве примера задачей является выполнение шнека 71 для выгрузки золы, который обеспечивает эффективное разделение для дымового газа в котле и при этом является износостойким и дешевым.
На фиг. 27А показан выделенный из фиг. 2 и 3 вид в сечении шнека 71 для выгрузки золы с переходным шнеком 73. На фиг. 27Б показан трехмерный вид под углом шнека 71 для выгрузки золы согласно фиг. 27А. На фиг. 28 показан трехмерный вид под углом корпуса 75 переходного шнека 73. На фиг. 29 показан подробный вид шнека 71 для выгрузки золы с переходным шнеком 73 согласно фиг. 27А.
Шнек 71 для выгрузки золы через свою ось 711 на его правом конце (или заднем конце котла 11) приводится в движение с возможностью вращения посредством (не показанного на фиг. 27А, 27Б, 28 и 29) двигателя 72 и служит тому, чтобы транспортировать влево в контейнер 74 для золы остатки сжигания, например золу. Это общее транспортирующее устройство показано на фиг. 27А, 27Б и 29 стрелкой AS.
Помимо этого, шнек 71 для выгрузки золы согласно фиг. 27А, 27Б, 28 и 29 имеет участок переходного шнека 73. Переходным шнеком 73 обозначен участок шнека 71 для выгрузки золы, который находится в корпусе 75 переходного шнека.
Подробно шнек 71 для выгрузки золы имеет три участка:
1) топочный участок 714 или расположенную в топочной области часть 714 шнека 71 для выгрузки золы (на фиг. 27А, 27Б и 29 он показан слева),
2) теплообменный участок 713 или расположенная на теплообменном участке часть 713 шнека 71 для выгрузки золы (на фиг. 27А, 27Б и 29 он показан справа), и
3) участок переходного шнека 73 между этими двумя участками или переходной шнек 73 в корпусе 75 переходного шнека.
Направление подъема или ход витков теплообменного участка 713 и топливного участка 714 согласуются между собой, то есть оба участка предусмотрены правовращающими или левовращающими. Следовательно, если (не показанный на фиг. 27А, 27Б, 28 и 29) двигатель 72 вращает шнек 71 для выгрузки золы, то направление транспортировки для остатков сжигания в теплообменном участке 713 и топочном участке 714 соответственно одинаково. Однако переходной шнек 73 на его части предусмотрен отличающимся. Это будет позднее более подробно разъяснено со ссылкой на фиг. 28 и 29.
Шнек 71 для выгрузки золы согласно фиг. 27А, 27Б, 28 и 29 с левой стороны переходного шнека 73 имеет больший диаметр, чем с правой стороны переходного шнека. Для этого на предусмотренной для всех трех участков шнека 71 для выгрузки золы общую или цельную или выполненную из нескольких частей ось 711 шнека может быть, например, предусмотрена или надета часть шнека с большим диаметром. Посредством различий в диаметре оптимизируется выгрузка остатков от сжигании, так как в топочной камере 24 получается больше остатков сжигания.
Корпус переходного шнека 75 согласно фиг. 27А, 27Б, 28 и 29 на верхней стороне имеет отверстие 751. Далее корпус переходного шнека 75 имеет ограничительную пластину 752, цилиндрический участок 75 главного корпуса, крепежный и разделительный элемент 754 и воронкообразный элемент 755.
Крепежный и разделительный элемент 754 поддерживает участок 753 главного корпуса и одновременно разделяет обе области потоков котла 11 на внешней области корпуса 75. Обе области на фиг. 29 обозначены понятиями "горелка" и "теплообменник", и штриховая линия между ними должна представлять разделение обеих областей. Факультативно, крепежный элемент и разделительный элемент могут быть предусмотрены соответственно отделенными друг от друга. Также факультативно разделительный элемент может быть не предусмотрен, например, когда главный участок 753 корпуса предусмотрен полностью встроенным в разделительную стенку котла 11. В любом случае главный участок 753 корпуса выполнен в котле 11 так, что он хотя и разделяет две области потоков для дымового газа и/или свежего воздуха, однако создает соединение в отношении выгрузки золы.
Цилиндрический главный участок 753 корпуса вмещает переходной шнек 73. При этом переходной шнек 73 может свободно вращаться в главном участке 753 корпуса. Соответственно, внутренний диаметр главного участка 753 корпуса выполнен так, что он соответствует (максимальному) внешнему диаметру переходного шнека 73 в отношении размера зазора. Размер расстояния выполнен так, что он делает возможным свободное вращение переходного шнека 73, но одновременно предотвращается слишком большое свободное пространство.
Помимо этого, на оси 711 шнека предусмотрена центрирующая шайба 712, которая центрирует ось 711 в главном участке 753 корпуса и факультативно также исполняет роль подшипника. Помимо этого, центрирующая шайба 712 представляет собой затвор для внутреннего объема главного участка 753 корпуса.
Воронкообразный элемент 755 предусмотрен так, что он окружает предусмотренное сверху отверстие 751. Воронкообразный элемент 755 сужает свою площадь горизонтального поперечного сечения вниз в направлении отверстия 751. Другими словами, воронкообразный элемент 755 предусмотрен раскрывающимся вверх вокруг отверстия 751.
Помимо этого, шнек 73 имеет два подучастка, которые имеют соответственно противоположное направление подъема или хода витков. Другими словами, переходной шнек 73 имеет два подучастка 731, 732, один из которых имеет шнек левого вращения, а другой шнек правого вращения.
Детально, подъем теплообменного участка 713 шнека 71 для выгрузки золы при переходе на переходной шнек 73 в правом нижнем участке 732 продолжается неизмененным. В данном случае в подучастке 732 предусмотрен шнек правого вращения. В противоположностью этому в левом подучастке 731 предусмотрен шнек левого вращения.
В более общем смысле переходной шнек имеет два подучастка со шнеками 731, 732 с взаимно противоположными ходами. За счет этого переходной шнек 73 имеет встроенный противоход 731.
Вышеописанная конструкция оказывает влияние на следующее: Остатки сжигания транспортируются из пространства под теплообменником 3 или из поворотной камеры 35 и возможно из факультативного фильтровального устройства 4 посредством вращения шнека теплообменного участка 713 в образованный посредством корпуса 73 главный 753 участок корпуса. На фиг. 29 это схематически показано посредством стрелки AS1.
Эти остатки AS1 сжигания и также падающие в воронку остатки сжигания из топочной камеры 24, что на фиг. 29 схематически показано стрелкой AS2, попадают таким образом приблизительно в середину переходного шнека 73 и оттуда в левый подучасток 731 переходного шнека (см. стрелку AS3). Однако по причине противоположных ходов шнека подучастка 731 остатки сжигания снова приводятся в движение в противоположном направлении, что схематически показано посредством стрелки AS4.
За счет этого остатки сжигания сводятся вместе между обоими подучастками 731, 732 переходного шнека 73. Так, подучастки со шнеками 731, 732 выполнены так, что остатки сжигания при вращении оси 711 перемещаются вдоль нее друг к другу.
Другими словами, противоход 731 переходного шнека 73 обеспечивает сведение вместе (и уплотнение) остатков сжигания внутри корпуса 75 переходного шнека.
По причине ограниченного объема остатки сжигания уплотняются под отверстием 751 и образуют подвижную в отношении отдельных составных частей (например, с ее частицами золы), но нем не менее герметизирующую пробку. Со временем и увеличивающимся объемом остатки сжигания принудительно выжимаются или вытесняются вверх и наружу в направлении отверстия 751. В этом отношении в корпусе 75 переходного шнека образуется пробка из подвижных твердых веществ, которая герметизирует в отношении газов. Однако эта пробка делает возможным транспортировку материала.
Ограничительная пластина 752 отклоняет эти остатки сжигания в сторону, как это схематически показано посредством стрелки AS5. Эти выдавливаемые из корпуса 75 остатки после сжигания в результате падают с левой стороны на топочный участок или в топочный участок шнека 71 для выгрузки золы и, тем самым, окончательно выгружаются из котла 11 (см. стрелку AS).
В результате области потоков «горелка» и «теплообменник» отделены друг от друга в отношении потоков дымового газа и потоков свежего воздуха, в то время как в отношении остатков сжигания предусмотрена связь и может происходит выгрузка остатков сжигания.
Согласно уровню техники обычно предусмотрено, или что с отрицательным образом дополнительными затратами в котле предусматриваются два отдельных шнека для выгрузки золы для отдельных областей потоков, или что зола шнека для выгрузки золы направляется через переходную деталь и посредством подшипника скольжения через герметизирующую промежуточную стенку котла. При этом подшипник скольжения должен быть выполнен так, что он, по меньшей мере, частично по существу герметизирует. Подшипник скольжения отрицательным образом подвергается износу, так как он подвергается воздействию инородных тел в топливе, шлака, пламени, воды и высоких температур. Следовательно, такой подшипник скольжения обуславливает значительные затраты при изготовлении, при встраивании в котел и также при техническом обслуживании.
Описанная выше конструкция полностью избегает использования такого подшипника скольжения и, помимо этого, является простой (следовательно, экономичной) и эффективной.
Помимо этого, улучшается обработка дымового газа, так как предотвращаются неправильные потоки воздуха при рециркуляции дымового газа, поскольку предусматривается хорошая герметизация в отношении дымового газа против возможного противотока в топочную камеру 24.
Для обеспечения первоначального заполнения корпуса 75 промежуточного шнека может происходить первоначальный запуск в эксплуатацию отопительной установки 1 на биомассе на заводе. При этом происходит первый процесс сжигания, при котором образуется достаточный объем остатков сжигания для заполнения, причем в данном случае еще является несущественным, что функция герметизации еще не гарантируется.
(Рециркуляция дымового газа другого варианта осуществления)
На фиг. 30 показан выделенный полупрозрачный вид под углом рециркуляционного устройства другого варианта осуществления.
У этого другого варианта осуществления при подводе вторичного воздуха предусмотрена не рециркуляция, как у варианта осуществления согласно фиг. 13, а простой управляемые или регулируемый подвод свежего воздуха. В этом отношении другой вариант осуществления может изготавливаться более просто и экономично и, однако, несмотря на это, предоставлять многие вышеназванные преимущества варианта осуществления согласно фиг. 13. Прежде всего, также и с помощью этого варианта осуществления, как показали практические испытания, могут достигаться поставленные цели в отношении эффективности.
Совпадающие ссылочные обозначения на фиг. 30 раскрывают по существу одинаковые идеи согласно фиг. 13, поэтому для предотвращения повторений по существу описываются лишь различия между обоими вариантами осуществления.
Клапаны с поворотной заслонкой варианта осуществления согласно фиг. 13 в другом варианте осуществления согласно фиг. 13 заменены на клапаны со скользящей заслонкой. Помимо этого, у другого варианта осуществления согласно фиг. 30 происходит не вторичное смешение рециркулированного отработанного газа и свежего воздуха, а всего лишь управляемый или регулируемый подвод свежего воздуха к соплам 291 рециркуляции. При этом вторичный смесительный канал 55 сохраняется в качестве канала 5 5b вторичного термостатирования, причем выполняется функция термостатирования свежего воздуха. При этом канал 55b вторичного термостатирования предусмотрен вдоль стенки котла 11, за счет чего свежий воздух, который подводится из канала 59 вторичного воздуха, предварительно подогревается (см. стрелку S13a) посредством тепла котла 11 перед введением вторичного воздуха в топочную камеру 24. Соответственно канал 5 5b вторичного термостатирования предусмотрен с прямоугольным поперечным сечением, который имеет большую (вертикальную) высоту, чем (горизонтальную) толщину, за счет чего канал 55b вторичного термостатирования "прилегает" к стенке котла и поддерживается большая поверхность для теплообмена. Предварительно подогретый вторичный воздух повышает эффективность сжигания. За подробностями относительно выполнения канала 55b вторичного термостатирования рекомендуется обращаться в дальнейшем к описанию вторичного смесительного канала 55.
Стрелка S15 показывает, что поток вторичного воздуха течет через вторичный проход 551 в кольцевой канал 50 вокруг кирпичей 29 топочной камеры и через сопла 291 рециркуляции в топочную камеру 24. За счет этого не только предпочтительно дополнительно нагревается вторичный воздух, но также предпочтительно охлаждаются кирпичи 29 топочной камеры, что, например, снижает шлакообразование на кирпичах топочной камеры (ср. вышеприведенные описания относительно минимальной температуры шлакообразования).
Стрелка S8 и S10 показывают лишь поток дымового газа ниже по потоку относительно теплообменника 3 (или факультативного фильтровального устройства 4) к первичному смесительном блоку 5а который в этом варианте осуществления сконструирован более простым и экономичным.
На фиг. 31 показана схематическая блок-схема, которая раскрывает траектории потоков в соответствующих отдельных компонентах отопительной установки на биомассе и рециркулирующем устройстве из фиг. 30 согласно другому варианту осуществления.
Одинаковые ссылочные обозначения раскрывают по существу одинаковые идеи согласно фиг. 15, поэтому для предотвращения повторений по существу описываются лишь различия между обоими вариантами осуществления.
Смешение вторичного воздуха из свежего воздуха и рециркулированного отработанного газа отсутствует. В этом отношении не предусмотрены вторичная смесительная камера 552 и клапан 52 для рециркулированного отработанного газа. Также исключается делитель 532 входного рециркуляционного канала. Вторичный смесительный канал 55 хотя и может быть механически идентичен варианту осуществления согласно фиг. 15, но функционально не является участком канала для перемешивания свежего воздуха и рециркулированного отработанного газа, а скорее служит лишь (это далее одинаково с вариантом осуществления согласно фиг. 15) предварительному термостатированию свежего воздуха перед введением в топочную камеру 24.
Помимо этого, в другом варианте осуществления можно полностью отказаться от подвода вторичного воздуха, причем отопительная установка 1 на биомассе может быть предусмотрена только с первичной рециркуляцией.
(Другие варианты осуществления)
Изобретение, наряду с разъясненными вариантами осуществления и аспектами, допускает другие принципы выполнения. Так, например, отдельные признаки разных вариантов осуществления могут произвольно комбинироваться друг с другом, пока это представляется специалисту выполнимым.
В данном случае описывается рециркулирующее устройство 5 с первичной рециркуляцией и вторичной рециркуляцией. Однако рециркулирующее устройство 5 в своей базовой конфигурации может иметь только первичную рециркуляцию и не иметь вторичную рециркуляцию. У этой базовой конфигурации рециркулирующего устройства могут полностью исключаться соответственно необходимые для вторичной рециркуляции компоненты, например, могут исключаться делитель 532 входного рециркуляционного канала, вторичный рециркуляционный канал 57 и соответствующий вторичный смесительный блок 5b, который будет разъяснен позднее, а также сопла 291 рециркуляции.
В свою очередь, факультативно лишь одна первичная рециркуляция может быть предусмотрена так, что исключаются вторичный смесительный блок 5b и соответствующие каналы, и смесь вторичной рециркуляции подводится не только под поворотную решетку 25, но она также подводится (например, через другой канал) к предусмотренным в этом варианте соплам 291 рециркуляции.
Этот вариант является механически более простым и поэтому экономичным, однако, несмотря на это, имеет сопла 291 рециркуляции для образования закрутки потока в топочной камере 24.
На входе рециркулирующего устройства 5 дымового газа могут быть предусмотрены датчик количества воздуха, мембранный механизм вакуумного регулятора, датчик температуры, датчик отработанного газа и/или лямбда датчик.
Помимо этого, вместо только трех элементов 252, 253 и 254 поворотной колосниковой решетки могут быть также предусмотрены два, четыре или более элементов поворотной колосниковой решетки. В случае, например, пяти элементов поворотной колосниковой решетки они могут быть расположены с такой же симметрией и функциональностью, как у представленных трех элементах поворотной колосниковой решетки. Помимо этого, элементы поворотной колосниковой решетки могут быть также сформованы или выполнены по разному относительно друг друга. Больше элементов поворотной колосниковой решетки имеют преимущество, что усиливается функция разрушения.
В отношении приведенных размеров следует заметить, что отклоняясь от них могут быть предусмотрены другие размеры или комбинации размеров.
Вместо выпуклых сторон элементов 252 и 254 поворотной колосниковой решетки могут быть предусмотрены их вогнутые стороны, причем стороны элемента 253 могут быть выполнены дополнительно выпуклыми. Функционально это почти равнозначно.
В качестве топлива отопительной установки на биомассе могут быть использованы иные топлива, чем щепа или пеллеты.
Раскрытая в данном случае отопительная установка на биомассе может отапливаться исключительно одним видом топлива, например, только пеллетами.
Кирпичи 29 топочной камеры может быть предусмотрены также без сопел 291 рециркуляции. Это, прежде всего, может быть применимым для случая, когда не предусмотрена вторичная рециркуляция.
Вращающийся поток или завихренный поток в топочной камере 24 может быть правовращающим или левовращающим.
Перекрытие 204 топочной камеры может быть также предусмотрено участками, например, ступенчато, наклонным.
Вторичная (ре)циркуляция может также выполняться только с потоками вторичного воздуха или свежего воздуха, и в этом отношении может рециркулироваться не дымовой газ, а только подводиться свежий воздух.
Сопла 291 вторичного воздуха не ограничиваются чисто цилиндрическими отверстиями в кирпичах 219 топочной камеры. Они могут быть также выполнены в виде имеющих форму усеченного конуса отверстий или выполнены с сужением в средней части.
Приведенные размеры и данные о размерах следует понимать приведенными лишь для примера, и могут отличаться.
В данном случае рециркулирующее устройство 5 при варианте осуществления согласно фиг. 12 описано с первичной рециркуляцией и вторичной рециркуляцией. Однако рециркулирующее устройство 5 в своей базовой конфигурации может иметь только первичную рециркуляцию и не иметь вторичную рециркуляцию. В этой базовой конфигурации рециркулирующего устройства требуемые для вторичной рециркуляции компоненты могут быть полностью исключены, например, могут быть исключены делитель 532 входа рециркуляции, канал 57 вторичной рециркуляции и соответствующий вторичный блок рециркуляции 5b, который описывается, а также сопла 291 рециркуляции.
В свою очередь, только лишь первичная рециркуляция может быть факультативно предусмотрена так, что исключаются вторичный смесительный блок 5b и соответствующие каналы, и смесь первичной рециркуляции подводится не только под поворотную колосниковую решетку 25, но она подводится также (например, через другой канал) к предусмотренным в этом варианте соплам 291 рециркуляции. Этот вариант является механически более простым и поэтому более экономичным и, тем не менее, имеет сопла 291 рециркуляции для образования завихренного потока или закрученного потока в топочной камере 24.
На входе рециркулирующего устройства 5 дымового газа могут быть предусмотрены датчик количества воздуха, мембранный механизм вакуумного регулятора, датчик температуры, датчик отработанного газа и/или лямбда датчик.
У переходного шнека 73 противоход может быть предусмотрен также и на другой стороне шнека 71 для выгрузки золы (зеркально симметрично).
Раскрытые здесь варианты осуществления предоставлены только для описания и для понимания раскрытых технических аспектов и не должны ограничивать объем настоящего раскрытия. Поэтому это следует понимать так, то объем настоящего раскрытия включает в себя каждое изменение или другие разный варианты осуществления, которые основываются на технической идее настоящего раскрытия.
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 отопительная установка на биомассе
11 котел
12 основание котла
13 корпус котла
14 устройство рециркуляции воды
15 воздуходувка
16 внешняя облицовка
2 топочное устройство
21 первое отверстие для технического обслуживания для топочного устройства
22 держатель механизма поворота
23 механизм поворота
24 отопительная камера
25 поворотная колосниковая решетка
26 первичная зона сжигания топочной камеры
27 вторичная зона сжигания или радиационная часть
28 слой топлива
29 кирпичи топочной камеры
А1 первая горизонтальная линия сечения
А2 первая вертикальная линия сечения
201 устройство зажигания
202 скос топочной камеры
203 сопло топочной камеры
204 перекрытие топочной камеры
211 изолирующий материал, например, вермикулит
231 привод или двигатель(и) механизма поворота
251 опорная пластина поворотной колосниковой решетки
252 первый элемент поворотной колосниковой решетки
253 второй элемент поворотной колосниковой решетки
254 третий элемент поворотной колосниковой решетки
255 переходной элемент
256 отверстия
257 кромки колосниковой решетки
258 поверхность сжигания
260 опорные поверхности кирпичей топочной камеры
261 канавка
262 выступ
263 кольцо
264 крепежные кирпичи
265 скос крепежных кирпичей
291 вторичный воздух или сопла вторичного воздуха
3 теплообменник
31 отверстие для технического обслуживания теплообменника
32 котельные трубы
33 вход котельных труб
34 вход поворотной камеры
35 поворотная камера
36 пружинный завихритель
37 ленточный или спиральный завихритель
38 теплообменная среда
331 изоляция на входе котельных труб
4 фильтровальное устройство
41 выход отработанных газов
42 линия питания электрода
43 держатель электрода
44 вход фильтра
45 электрод
46 изоляция электрода
47 выход фильтра
48 клетка
49 конденсатор дымового газа
411 подводящий трубопровод дымового газа к конденсатору дымового газа
412 выход дымового газа из конденсатора дымового газа 481 держатель клетки
491 первый гидродинамический патрубок
492 второй гидродинамический патрубок
493 теплообменная труба
4931 элемент держателя труб
4932 базовый элемент труб
4933 петли/места поворота
4934 первое промежуточное пространство между теплообменными трубами
4935 второе промежуточное пространство от теплообменных труб до внешней стенки конденсатора дымового газа
4936 пропускные отверстия
495 головной элемент
4951 направляющий элемент потока головного элемента
496 выход конденсата
4961 сборная воронка конденсата
497 фланец
498 боковая поверхность с отверстием для технического обслуживания
499 крепежное устройство для конденсатора дымового газа
5 рециркулирующее устройство
50 кольцевой канал вокруг кирпичей топочной камеры
52 воздушный клапан
52s шиберный клапан
53 вход рециркуляции
54 первичный смесительный канал
55 вторичный смесительный канал
55b вторичный канал термостатирования
56 первичный рециркуляционный канал
57 вторичный рециркуляционный канал
58 канал первичного воздуха
59 канал вторичного воздуха
5а первичный смесительный блок
5b вторичный смесительный блок
521 исполнительный механизм установки клапана
522 установочная ось клапана
523 заслонка клапана
524 корпус клапана
525 клапанная форкамера
526 проходное отверстие клапана
527 корпус клапана
528 поверхность клапана
531 входной рециркуляционный канал
532 делитель входного рециркуляционного канала
541 первичный проход
542 первичная смесительная камера
543 выход первичной смесительной камеры
544 вход клапана первичной рециркуляции дымового газа
545 вход клапана первичного воздуха
546 корпус первичной смесительной камеры
551 вторичный проход
552 вторичная смесительная камера
553 выход первичной смесительной камеры
554 вход клапана вторичной рециркуляции дымового газа
555 вход клапана вторичного воздуха
556 корпус вторичной смесительной камеры
581 вход первичного воздуха
582 датчик первичного воздуха 591 вход вторичного воздуха
592 датчик вторичного воздуха
6 подвод топлива
61 лопастной дозатор
62 ось подвода топлива
63 механизм передачи
64 канал подвода топлива
65 отверстия подвода топлива
66 приводной двигатель
67 шнековый транспортир топлива
7 устройство отвода золы
71 шнек для выгрузки золы
711 ось шнека
712 центрирующая шайба
713 шнек теплообменного участка
714 топочный участок
72 двигатель отвода золы с механизмом
73 переходной шнек
731 правый подучасток - шнек левого вращения
732 левый подучасток - шнек правого вращения
74 контейнер для золы
75 корпус переходного шнека
751 отверстие корпуса
752 ограничительная пластина
753 главный участок корпуса
754 крепежный и разделительный элемент
755 воронкообразный элемент
81 подшипниковая ось
82 поворотная ось язычка уровня топлива
83 язычок уровня топлива
831 главная поверхность
832 центральная ось
833 параллель к поверхности
834 отверстия
84 опорная канавка
85 фланец датчика
86 механизм измерения высоты горящего слоя
9 очистное устройство
91 привод очистки
92 валы очистки
93 держатель валов
94 выступ
95 держатели завихрителей
951 воспринимающих элемента для подшипника
952 вертикальные выступы
953 отверстия для дымового газа
954 выемки
955 стержни подшипника вращения
96 двуплечий ударный рычаг
97 ударная головка
Е направление вдвигания топлива
S* стрелки потоков.