DK162798B - Indretning paa en varmekedel - Google Patents

Description

i

DK 162798 B

Den foreliggende opfindelse angår en indretning på en varme-kedel og med en rist, på hvilken rist partikelformet brændselsmateriale tilføres fra et tilføringsrør, ved hvilken rist et vibratororgan er indrettet til at bringe risten til at 5 vibrere for at give brændselspartiklerne en kastebevægelse op fra risten afhængigt af den af vibratororganet frembragte svingningseffekt.

Under de senere år har anvendelsen af biomasse til energimæssige formål tiltaget stærkt. Biomassen konverteres derved 10 til brændsel i passende fast form, f.eks. tabletter og briketter. Brændselstabletter fremstilles af papiraffald, råvarer af tømmer, tørv, halm og blandinger af disse materialer og lignende og skal ved hjælp af sin lave fugtighed (normalt under 15%) og høje tæthed medføre høj forbrændingstemperatur 15 ved forbrænding i en varmekedel. Det har imidlertid vist sig, at slaggedannelsen opstår på grund af for høj forbrændingstemperatur, som for sin del beror på for høj og for hurtig lufttilførsel. Ved intermittent forbrænding af trætabletter på en rist blev man derfor tvungen til med jævne tidsintervaller 20 at gøre denne rist fri for slagger, når primærluften fik sværere ved at komme frem til ildens arnested, og halvforbrændte og forkullede brændselstabletter hobedes op på den indre del af risten.

Brændselstabletter har mange fordele og værdifulde egenska-25 ber, og der foreligger derfor et stærk behov for at løse ovennævnte problem på en tilfredsstillende måde.

I skriftet EP-A2 0 048 089 er beskrevet en varmekedel til forbrænding af fast brændsel på en rist, som ikke er frit ophængt i forbrændingskammeret, men hviler på en leddelt for-30 bindelse på forbrændingskammerets bund. Et vibratororgan er indrettet til at give risten en lodret rystebevægelse, og derved er man tvungen til at hælde risten nedad for at kunne sprede brændslet ud, samtidigt med at man må vedtage særskil- 2

DK 162798 B

te forholdsregler for at opbremse brændslets udspredning på den hældende rist. Tilføringsindretningen er heller ikke forbundet med risten eller med vibratororganet.

I skriftet EP-A2 0 041 860 er beskrevet en varmekedel, som 5 er mindst ligeså kompliceret i sin konstruktion som den ovenfor beskrevne varmekedel. Risten er indrettet vandret, og vibratororganet er indrettet således, at de på risten liggende brændselspartikler ikke kastes op i nogen kastebevægelse, men flyttes fremad uden at forlade risten. Brændselspar-10 tiklernes bevægelser fremad beror på, at de ved påfyldningsstedet selv trykker på hinanden, således at de tvinges fremad, hvilket gøres nemmere ved hjælp af rysteristen.

I svensk patentskrift nr., 136.214 er beskrevet en rysterist til et forbrændingsanlæg, som kan have en tilføringstragt 15 med en hældende bundplade, som er forbundet med risten. Brænd-selstilføring reguleres ved at indstille den rette hældning på bundpladen. Brændselstilføring kan derfor ikke reguleres helt enkelt ved at ændre vibratorens svingningsfrekvens. Risten er heller ikke frit ophængt i forbrændingsrummet. Vibra-20 tororganet er indrettet i forbrændingsrummet og forbundet med risten og ikke med bundpladen af . tilføringstragten. Vibratororganet er heller ikke ved nogen af de beskrevne udførelsesformer indrettet til at give brændselspartiklerne en kastebevægelse, men disse vil kun glide langs med bundpladen og 25 risten som en sammenhængende · masse. Vibratororganet er ikke indrettet til at fungere som drivkilde for at tilføre brændselspartikler til risten via et tilføringsrør. For det første findes der ikke et sådant tilføringsrør ved den kendte indretning, for det andet giver vibratororganet ikke brændsels-30 partiklerne en skråt opad-fremadrettet kastebevægelse, for det tredje hælder bundpladen for at tilføre brændselstilførin-gen en faldende effekt, og for det fjerde er bundpladen indrettet således, at den ved hjælp af rystelser påvirker brændsel spartiklerne i tragten, således at disse falder ned og 3

DK 162798 B

glider ned langs den hældende bundplade.

I svensk patentskrift nr. 168.460 er anvist en fremgangsmåde til at fremføre brændsel på en rysterist med hældende ristflade, idet amplituden holdes konstant. Nogen oplysning om 5 fri ophængning af risten er ikke givet.

I amerikansk patentskrift nr. 4.250.818 er beskrevet et vibrerende forbrændingsunderlag, som ikke er frit ophængt i et forbrændingskammer.

Et hovedformål med den foreliggende opfindelse er at løse 10 ovennævnte problem ved forbrænding af især brændselstabletter og lignende brændselsmateriale i en varmekedel og derved væsentligt forbedre varmekedelens virkningsgrad ved at skabe forudsætninger for en god og jævn forbrænding, og høj forbrændingstemperatur opnås, uden at brændselstabletter og 15 det forbrændte materiale bindes sammen til slagger, hvilket på sin side successivt ville kvæle tilføringen af primærluft til ildens arnested.

Dette opnås ved, at indretningen ifølge den foreliggende opfindelse er ejendommelig ved, at tilføringsrøret er mekanisk 20 forbundet med risten og indrettet til frit at oppebære risten, som derigennem er frit ophængt i forbrændingskammeret uden berøring med forbrændingskammerets bund og vægge, og at vibratororganet er mekanisk forbundet med tilføringsrøret og indrettet til at tilvejebringe en retliniet reciprok bevægelse samt 25 at fungere som drivkilde for tilføringen af brændselspartiklerne til risten via tilføringsrøret, hvilket vibratororgan er indrettet til kontinuerligt at tilføre brændselspartiklerne en skråt opad og fremadrettet kastebevægelse i tilføringsrøret og på risten, hvorved brændselspartiklerne vandrer ind 30 på risten og i retning mod ristensvæk fra tilføringsrøret vendende ende.

4

DK 162798 B

Foretrukne udførelsesformer for opfindelsen fremgår af efterfølgende patentkrav.

Ved at risten og tilføringsrøret er sammenbyggede og lejrede på den angivne måde og er påvirket af et fælles vibratororgan, 5 som er mekanisk forbundet med tilføringsrøret, dvs. beliggende uden for ildstedet, opnås en enkel tilsætningsenhed for en enkel ombygning af konventionelle varmekedler og en forbedret virkningsgrad. Den retlinede bevægelse, som vibratororganet beskriver, overføres direkte til tilføringsrøret og 10 risten, således at brændselspartiklerne bestandigt udsættes for stød og derved kommer til at beskrive en kastebevægelse skråt opad-fremad i et uordnet mønster. Ved at brændselspartiklerne hele tiden er i bevægelse, kommer de til at slå mod hinanden og mod risten, således at forbrændt materiale på 15 partiklernes overflader frigøres herfra, og nyt materiale blotlægges for fortsat forbrænding. Brændselspartiklerne får heller ingen mulighed for at sintre sammen eller danne slagger, berorende på at de er i bestandig bevægelse på risten.

De danner således intet kompakt underlag. Indretningen iføl-20 ge opfindelsen har ved forsøg med brændselstabletter vist sig at give varmekedelen en væsentlig forbedret virkningsgrad, idet en god og jævn forbrænding og høj forbrændingstemperatur kan opretholdes på en overraskende måde, uden at forbrændingstabletter og det forbrændte materiale bindes sammen til slag-25 ger. Meget lidt aske opnås som det eneste affald.

Opfindelsen beskrives nedenfor under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser skematisk og i snit en varmekedel, som er forsynet med en indretning ifølge opfindelsen, og 30 fig. 2 viser varmekedelen i fig. 1, set forfra og med visse dele fjernet.

5

DK 162798 B

På tegningen er skematisk vist en varmekedel 1, som kan være af en konventionel type. Varmekedelen har et forbrændingskammer 2, hvori forbrændingsmaterialet føres ind og forbrændes/ og hvor røggasserne på kendt måde ledes væk gennem et røg-5 gasrør.

Varmekedelen er udstyret med en indretning ifølge den foreliggende opfindelse, som ved den viste udførelsesform indbefatter en i forbrændingskammeret beliggende rist, som har en bund 4 og rundtgående sidevægge 5. Ristens bund er forsynet 10 med gennemgående huller i åbninger, som medfører at luft kan strømme gennem risten i retning nedefra. Risten er vandret anbragt, men kan i visse tilfælde hældes opad for at formindske brændselspartiklernes vandringshastighed.

Risten 3 bæres oppe af bæreorganer, som medfører, at den kan 15 bringes i svingning med passende frekvens ved hjælp af et vibratororgan, således at brændselsmaterialet, som foreligger i stykker eller på partikelform, bibringes en kastebevægelse skråt op fra ristens bund 4 i retning fremad.

Brændselsmaterialet tilføres ind i forbrændingskammeret 2 20 gennem et tilføringsrør 6, som ved den viste udførelsesform samtidig tjener som en del af bæreorganet til at bære risten oppe, hvilken rist derved er frit ophængt i forbrændingskammeret uden at have nogen berøring med forbrændingskammerets bund eller vægge. Tilføringsrøret 6 er derved med en vandret 25 del ført gennem et hul i en lodret låge 7, som er løsbart fastgjort på varmekedelens forside, hvorved tilføringsrøret afsluttes i forbrændingskammeret med en lodret del, som med en skråtstillet styreplade 8 udmunder oven over ristens bund, således at det nedfaldende brænselsmateriale frit kan falde 30 ud på risten.

På forlågen 7 er fastgjort to konsoller 9, som via fjedre 10 oppebærer to tværstivere 11, som er fastgjort på tilføringsrøret 6. Konsollerne 9, fjedrene 10 og tværstiverne 11 6

DK 162798 B

danner sammen med tilføringsrøret 6 det ovenfor nævnte bæreorgan til oppebæring af risten 3f således at denne kan bringes i retlinede svingninger, hvilket vil forklares nedenfor. Risten 3 og tilføringsrøret 6 er med andre ord fjedrende el-5 ler eftergiveligt ophængte på forlågen 7 via tværstiverne 11 og konsollerne 9 og de tværstiverne 11 og konsollerne 9 forbindende fjedre 10.

Tilføringsrøret 6 har en fødebeholder 12, som tilføres brændselsmateriale fra et forråd 13, som kan udgøres af en sepa-10 rat og direkte over fødebeholderen 12 ophængt tragt, som på tegningen, eller en silo eller lignende, som har passende tilføringsorganer forbundet med tilføringsrøret 6. Tragten 13 har et mundingsrør 14, som kan indstilles i højden for at samvirke med en neden under liggende skråtstillet plade 15 15, som er indrettet i fødebeholderen 12 for at regulere til- føringshastigheden af brændselsmaterialet. Den bagudhælden-de plade 15 danner en spalte 16 med den modstående væg af fødebeholderen. Størrelsen af denne spalte 16 kan, hvis det ønskes, reguleres for at få en yderligere mulighed for at 20 indstille den rette tilføringshastighed af brændselsmateria let. De nævnte reguleringsorganer i form af mundingsrøret 14 og spalten 16 kan passende styres og indstilles af en eller flere andre funktioner af varmekedelen og eventuelt af ydre faktorer.

25 Ved den viste udførelsesform er et rør 17 for lufttilføring ført gennem forlågen 7 parallelt med tilføringsrøret 6, hvilket lufttilføringsrør 17 er forbundet med en ventilatormotor 18, som startes til tvangsstyret indblæsning af primærluft, når det ønskes, f.eks. for at køre kontinuerligt, eller når 30 varmekedelen starter, og en passende periode derefter. Luft tilførsel srøret strækker sig under risten 3 og udmunder ved det indre endeparti af risten og under ristens bund 4, hvorved luften til forbrændingen på en fordelagtig måde strømmer ind i retning mod pladsen for tilføringen af brændsels-35 materialet.

7

DK 162798 B

Et vibratororgan 19 er indrettet under tilføringsrøret 6 og i direkte mekanisk forbindelse med dette. Vibratororganet er indrettet til at bringe tilføringsrøret 6 og dermed også risten 3, som er fast forbundet med tilføringsrøret, f.eks.

5 ved hjælp af svejsning eller en nitte- eller skrueforbindelse, i svingninger eller i reciprok bevægelse med en passende frekvens og amplitude, hvilken svingningsbevægelse forplanter sig fra tilføringsrørets ydre ende, som indbefatter føde-beholderen 12, og til ristens indre ende. Det partikelfor-10 mede brændselsmateriale, som føres ind til fødebeholderen 12, vil derved blive tilført frem gennem tilføringsrøret 6 og videre ud på og over risten, hvor brændselsmaterialet efterhånden forbrændes. Brændselspartiklerne bibringes således en kastebevægelse, så de hele tiden føres op fra underlaget, 15 dvs. tilføringsrørets bund respektive ristens bund 4, og fremad i forhold til underlaget på en måde, som er særlig fordelagtig for forbrænding. Ved at brændselspartiklerne hele tiden er i bevægelse, vil de slå mod hinanden og mod risten, således at forbrændt materiale frigøres fra partiklerne, 20 og nyt materiale blotlægges for den fortsatte forbrænding.

Endvidere får partiklerne ingen mulighed for at sintre sammen eller at danne slagger, på grund af at de er i stadig bevægelse på risten.

Strømmen af brændselsmateriale bestemmes af vibratororganets 25 frekvens og svingningseffekt. Svingningsamplituden kan der ved reguleres trinløst. En forøget svingningsamplitude indebærer således, at brændselspartiklerne kastes op i en højere bane i forhold til risten.

Hvis det ønskes, kan brænselspartiklernes bevægelsesforløb 30 forbedres yderligere ved at styre luften til forbrændingen ind under risten, således at luften strømmer op gennem ristens huller, som ved den skematisk viste udførelsesform. Et for forbrændingen normalt overskud af luft udnyttes derved. Hvis det således ønskes, kan luftstrømmen gennem risten øges yder- 8

DK 162798 B

ligere ved at føre en del af den udgående røggas tilbage, hvorved denne røggasdel blandes med en for forbrændingen afpasset luftmængde (inklusive nævnte overskud). Ved at styre luftstrømmen ind på den beskrevne måde forhindres, at såvel 5 aske som små dele af brændselspartiklerne falder ned gennem risten. Lignende små partikler er tilbage, når den største del af brændselspartiklerne er forbrændt og har en størrelse, som er mindre end ristens huller eller åbninger.

For at tilvejebringe vibrering af risten og tilføringsrøret 10 kan man anvende hvilke som helst kendte vibratororganer, som giver en retlinet svingningsbevægelse, indbefattende magnet-vibratorer, ubalancemotorer eller mekaniske indretninger, såsom krumtapbugt og excentrik. Ifølge en foretrukken udførelsesform af opfindelsen anvendes en magnetvibrator, hvis 15 svingninger tilvejebringes af en elektromagnet, som fødes med vekselstrøm. Normalt fjerner man netspændingens ene halvperiode med en énvejs-ensretter for derved at opnå lavere svingningstal af f.eks. 3000 svingninger/min. En fordel med magnetvibratoren er, at den arbejder meget driftssikkert.

20 Endvidere kan materialestrømmen styres og reguleres trinløst under drift ved det, at en ændring af styresignalerne giver praktisk taget momentant tilsvarende ændring af materialestrømmen. Magnetvibratoren er monteret således, at dens midterlinie danner en spids vinkel med brændselsmaterialets 25 transportretning, som vist på tegningen, hvorved transportøren, dvs. tilføringsrøret 6 og risten 3, bringes i retlinet svingning, hvis blandt andet risten, tilføringsrøret og magnetvibratoren er rigtig afvejet i forhold til hinanden og lejringspunkterne. Den nævnte spidse vinkel mellem midter-30 linien (vibreringsretningen) af vibratororganet og brændselsmaterialets transportretning kan variere, afhængigt af hvilken kastevinkel (som modsvarer den nævnte spidse vinkel), som ønskes af brændselsmaterialet. Et passende interval for den spidse vinkel er omkring 25-40°, og det foretrukne interval 9

DK 162798 B

er 30-35°. Vibratororganet kan på passende måde indstilles således, at vibreringsretningen kan ændres og dermed den spidse vinkel og kastevinkelen til ønskede værdier.

Ifølge opfindelsen har magnetvibratoren eller et andet vibra-5 tororgan den dobbelte hovedfunktion dels at fungere som drivkilde for at tilføre brændselspartiklerne til risten og dels at bringe risten i svingninger, som medfører, at brændsels-partiklerne bringes i en skråt opadrettet kastebevægelse, således at de vandrer ind på risten og væk mod dens fjerne 10 ende, samtidigt med at de befries for forbrændt materiale ved at støde mod hinanden og mod risten, hvilket væsentligt forbedrer forbrændingen og dermed forøger varmekedelens virkningsgrad.

Tilføringen af primærluften sker fortrinsvis gennem en tvangs-15 styret indblæsning ved hjælp af ventilatormotoren 18, hvilket sikrer en jævn og fuldstændig forbrænding, samtidigt med at brændselspartiklerne bæres oppe og kastes yderligere omkring af den gennem risten opstrerrmende luft, når de træffes af luftstrålerne. Asken følger med røggassen op for derefter 20 at samles på bunden af forbrændingskammeret. Sekundærluft kan tilføres til et sted oven over risten, især hvis brændselspartiklerne indeholder flygtige materialer, som ellers forsvinder ud uden at forbrændes. For at optænde brændselsmaterialet ved varmekedelens opstart indrettes en passende 25 optændingsindretning i nærheden af risten. Når den rette kedeltemperatur er opnået, formindskes tilføringen af brændselspartiklerne ved hjælp af reguleringsorganer til nul eller til et så lille niveau, at en vedligeholdelsesforbrænding (svensk: underhållsfdrbrånning) kan opretholdes på risten, 20 indtil kedeltemperaturen er sunket og signal til fuld forbrænding igen gives.

Hvis det anses for at være passende, kan der indrettes et net eller lignende på ristens tag for at forhindre, at brændselspartikler føres uden for risten.

Claims (6)

1. Indretning på en varmekedel med en rist (3), hvorpå par-15 tikelformede brændselsmateriale tilføres fra et tilføringsrør (6), idet et vibratororgan (19) er indrettet for at bringe risten (3) til at vibrere for at give brændselspartiklerne en kastebevægelse op fra risten (3) i afhængighed af den af vibratororganet (19) frembragte svingningseffekt, 20 kendetegnet ved, at tilføringsrøret (6) er mekanisk forbundet med risten (3) og er indrettet til frit at oppebære risten, som derved er frit ophængt i forbrændingskammeret uden berøring med forbrændingskammerets bund og vægge, og at vibratororganet. (19) er mekanisk forbundet med tilfø-25 ringsrøret (6) og er indrettet til at frembringe en retlinet bevægelse samt at fungere som drivkilde for tilføre brændselspartiklerne til risten via tilføringsrøret (6), hvilket vibratororgan er indrettet til kontinuerligt at bibringe brændsel spartiklerne en skråt opad- og fremadrettet kastebevægelse 30 i tilføringsrøret og på risten, hvorved brændselspartiklerne vandrer ind på risten og i retning mod ristens væk fra tilføringsrøret (6) vendende ende. DK 162798 B 11

2. Indretning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at en ledning (17) til gasstrøm er tilsluttet til ristens underside for at styre en gasstrøm op gennem risten (3), hvilken ledning fortrinsvis indeholder en ventilatormotor (18) til 5 tvangsstyret tilføring af luft til forbrændingsstedet.

3. Indretning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at tilføringsrøret (6) er fjedrende ophængt på en forlåge (7) af varmekedelen via tværstivere (11), som er fastgjort på 10 tilføringsrøret, konsoller (9), som er fastgjort på forlå gen (7), og fjedre (10) indrettet mellem tværstiverne (11) og konsollerne (9).

4. Indretning ifølge krav 1, kendetegnet ved, at 15 vibratororganet er således monteret på tilføringsrøret (6), at dets midterlinie danner en spids vinkel med brændselsmaterialets transportretning.

5. Indretning ifølge krav 4, kendetegnet ved, at 20 den nævnte spidse vinkel er omkring 25-40° og fortrinsvis er omkring 30-35°.

6. Indretning ifølge krav 4 eller 5, kendetegnet ved, at den nævnte spidse vinkel kan indstilles ved indstil- 25 ling af vibratororganet. 30 35