SE521216C2

SE521216C2 - Incinerator with rotating bottom

Info

Publication number: SE521216C2
Application number: SE9903468A
Authority: SE
Inventors: Anders Granudde
Original assignee: Kubi Ab
Priority date: 1999-09-24
Filing date: 1999-09-24
Publication date: 2003-10-14
Also published as: SE9903468D0; AU7695800A; SE9903468L; WO2001022004A1

Abstract

The invention relates to a combustion furnace specially intended for burning solid, finely separated fuel, for example in the formof pellets, including a furnace hearth (1) connected to a gas combustion space (2) so that gases can be transmitted and an outlet (11) positioned after these when seen in the direction of flow ofthe fumes for the exiting fumes, a grating arranged at the furnace hearth that can be supplied with fuel form a fuel store, plus inlets (3, 4) for the regulated supply of air that comprises at least primary and secondary combustion air, whereby the secondary combustion air is supplied in such a way that it rotates in a screw-like manner in the gas combustion space. To improve the controland efficiency of the combustion, the jacket that demarcates the outside of the gas combustion space (2) is mounted to rotate and arranged to turn around a preferably but not necessarily perpendicular axis (15) where the direction of rotation of the jacket is chosen so that it coincides with the direction of rotation of the vortex formation that is generated in the centre of the gas combustion space through the action of the Coriolis force.

Description

20 25 30 521 216 z hetare förbränningsgaserna återﬁnns koncentrerade till utrymmets mitt varifrån de kan utledas. Härigenom kan också överhettning av förbrärmingskammarens väggar undvikas. Även om de förbränningsugnar som använder sig av den ovan beskrivna virvelbildningstekniken har visat sig vara väl fungerande och synnerligen effektiva finns dock en önskan att i möjligaste mån ytterligare förbättra och effektivisera sådana anordningar och syftet med denna uppﬁnning är också att åstadkomma en sådan förbättrad förbränningsugn. I denna del avses i första hand att åstadkomma en förbränningsugn som uppvisar långa uppehållstider i gasförbränningsutrymmet samt, både vad gäller den primära och den sekundära förbränningen, uppvisar en god uppdelning av de vid förbränningens uppträdande gaserna i beroende av dessa specifika vikt och därmed också en skarpt avgränsad temperaturgradient sett från förbränningsugnen centrum och ut mot den förbränningsutrymmet avgränsande kammarväggen. Med andra ord tas sikte på att åstadkomma en för både Det bör med andra ord inses I denna del avses även att åstadkomma en förbränningsugn som inom gasförbränningsutrymmet på ett samordnat och väl kontrollerat sätt sätt delar upp de vid förbränningen bildade gaserna både vad gäller de primära och de sekundära förbränningsgaserna. 20 25 30 521 216 z hotter combustion gases are again concentrated to the center of the space from which they can be discharged. In this way, overheating of the walls of the combustion chamber can also be avoided. Although the incinerators using the vortex formation technique described above have proven to be well-functioning and extremely efficient, there is a desire to further improve and streamline such devices as much as possible and the purpose of this invention is also to provide such an improved incinerator. In this part it is primarily intended to provide an incinerator which exhibits long residence times in the gas combustion space and, both in terms of the primary and the secondary combustion, exhibits a good division of the gases occurring during combustion depending on these specific weights and thus also a sharp delimited temperature gradient seen from the center of the incinerator and out towards the chamber wall delimiting the combustion space. In other words, the aim is to provide one for both the secondary combustion gases.

Detta syfte uppnås genom en förbrärmingsugn som uppvisar de särdrag och kännetecken som anges i patentkravet 1.This object is achieved by an incinerator having the features and characteristics set forth in claim 1.

I det följande beskrivs uppfinningen närmare under hänvisning till bifogade ritningar på vilka, fig. 1 visar i längdsnitt en sidovy av en förbränningsugn för förbrärming av fasta bränslen enligt uppfinningen, och fig. 2 visar ett tvärsnitt genom förbränningsutrymmet längs linjen II-II i fig. 1.In the following the invention is described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which, Fig. 1 shows in longitudinal section a side view of an incinerator for combustion of solid fuels according to the invention, and Fig. 2 shows a cross section through the combustion space along the line II-II in fig. 1.

Ett exempel på en förbrärmingsugn enligt föreliggande uppﬁnning visas i fig. l och innefattar en allmänt med hänvisningssiffran 1 betecknad eldstad med tillhörande rostanordning som via ett ovan detta beläget gasförbränningsutrymme 2 står i gasöverförande förbindelse med en i figuren ej visad värmemediumdel för väimeutväxling med ett medium som exempelvis vatten eller ånga. Till eldstaden l jämte gasförbränningsutrymmet 2 är på känt sätt anordnade allmänt med hänvisningssiffroma 3, 4 betecknade tillopp för inledande av primär respektive sekundär förbränningsluft samt ett för bränsletillförsel anordnat inloppsrör 5 vars ena ände står i förbindelse med ett i figuren ej visat bränslemagasin och vars andra ände är anordnad utmynnande ned mot eldstadens l rostanordning.An example of an incinerator according to the present invention is shown in Fig. 1 and comprises a fireplace generally designated by the reference numeral 1 with associated roasting device which via a gas combustion space 2 located above it is in gas-transmitting connection with a heating medium part (not shown in the figure). for example water or steam. To the fireplace 1 together with the gas combustion space 2 are in a known manner arranged inlets generally indicated by the reference numerals 3, 4 for initiating primary and secondary combustion air and an inlet pipe 5 arranged for fuel supply, one end of which communicates with a fuel type not shown in the figure. is arranged opening down towards the fireplace 'rust device.

Som framgår av fig. l är det första och andra partiet 6 respektive 7 som utåt avgränsar eldstaden 1 jämte gasförbränningsutryrnrnet 2, i sig, upptagna i ett yttre utrymme 8 S:\LEG\dok\arkiv\l l00l2200alt.doc 10 15 20 25 30 521 216 3 som är avgränsat ett runtomgående hölje 9. Detta hölje 9 är upptill anslutet till en ﬂäns 10 som bildar del av ett från gasförbrärmingsutryrnmet 2 utgående rörforrnigt utlopp 11 och är nedtill avgränsat av en botten 12. Den av nämnda partier 6, 7 avgränsade inneslutningen deﬁnierande eldstaden 1 jämte gasförbränningsutrymmet 2 är rotationssymmetriskt utformad och i huvudsak uppvisande forrnen av ett halvklot. Det första partiet 6 innefattar en av en plåt formad stationär övre mantel, som närmast kan liknas vid ett lock, vilket på ett kragliknande sätt år anslutet till utloppets 11 nedre ände. Det andra partiet 7, bildande den nedre delen av inneslutningen, är avgränsad av en av en plåt formad nedre mantel. Denna nedre mantel 7 har en form som närmast liknar en skål är på ett fribärande sätt uppburen av axel 13 som via ett lager 14 är vridbart lagrad i bottnen 12 för rotation omkring en lodrät genom eldstaden och gasförbrärmingsutrymmet sig sträckande centrumaxel 15 vilket illustreras med den pilförsedda loopen 16.As can be seen from Fig. 1, the first and second portions 6 and 7, respectively, which delimit outwardly delimit the fireplace 1 together with the gas combustion furnace 2, per se, are accommodated in an outer space 8 S: \ LEG \ dok \ arkiv \ l l00l2200alt.doc 10 15 20 25 521 216 3 which is delimited by a circumferential housing 9. This housing 9 is connected at the top to a shaft 10 which forms part of a tubular outlet 11 emanating from the gas combustion chamber 2 and is delimited at the bottom by a bottom 12. The one of said portions 6, 7 the delimited enclosure the ﬁ nining fireplace 1 together with the gas combustion space 2 is rotationally symmetrically designed and essentially having the forms of a hemisphere. The first portion 6 comprises a stationary upper casing formed of a plate, which can almost be likened to a lid, which in a collar-like manner is connected to the lower end of the outlet 11. The second portion 7, forming the lower part of the enclosure, is delimited by a lower shell formed by a plate. This lower jacket 7 has a shape most closely resembling a bowl is supported in a cantilevered manner by shaft 13 which is rotatably mounted in a bottom 12 via a bearing 14 for rotation about a vertical axis 15 extending vertically through the fireplace and gas combustion space which is illustrated by the arrowed loopen 16.

Den roterbara nedre mantelns 7 övre runtomgående kantpart är vid 17 på ett väsentligen gastätande sätt anslutet till det nedre runtomgående kantpartiet hos den stationära övre manteln 6 så att nämnda manteldelar 6, 7 inbördes kan rotera inom ett plan som är orienterat i rät vinkel mot centrumaxeln 15 och under bibehållande av de heta gaserna inne i den inneslutning som bildar eldstaden 1 jämte gasförbränningsutrymmet 2. Nämnda manteldelar 6 respektive 7 är på insidoma försedda med en beklädnad 18 av något lämpligt högtemperaturbeständigt material som exempelvis keramik.The upper circumferential edge portion of the rotatable lower casing 7 is connected at 17 in a substantially gas-sealing manner to the lower circumferential edge portion of the stationary upper casing 6 so that said casing parts 6, 7 can mutually rotate within a plane which is oriented at right angles to the center axis 15. and while maintaining the hot gases inside the enclosure forming the fireplace 1 together with the gas combustion space 2. Said jacket parts 6 and 7, respectively, are provided on the inside with a cladding 18 of some suitable high-temperature-resistant material such as ceramic.

Den primära och sekundära förbränningsluften leds på ett gemensamt sätt in i det yttre utrymmet 8 via ett ﬂertal genom höljet 9 sig sträckande rörstudsar 19, vilka för detta ändamål står i förbindelse med en i figuren ej visad källa för alstrande av ett forcerat luftﬂöde.The primary and secondary combustion air is led in a common manner into the outer space 8 via a number of pipe spouts 19 extending through the housing 9, which for this purpose are connected to a source not shown in the figure for generating a forced air gap.

Axeln 14 är försedd med ett ﬂäkthjul 20 som for roterande drivning av nämnda axel och därvid också den nedre roterbara manteln 7 är anordnat att påverkas av det luftﬂöde som strömmar in till det yttre utrymmet 8 via rörstudsarna 19. Genom att den inströmmande primära och sekundära íörbränningsluften bestryker axeln 13, lagringen 14 och ﬂäkthjulet 20 erhålls en effektiv och kontinuerlig kylning av dessa delar samtidigt som den tillförda luften erhåller en viss grad av fórvärmning. Nämnda luftﬂöde är på lämpligt, i och för sig känt, sätt styrbart anordnat via i ﬁguren ej visade ﬂödesreglerande organ.The shaft 14 is provided with a sprocket 20 which for rotating drive of said shaft and thereby also the lower rotatable jacket 7 is arranged to be influenced by the air flow flowing into the outer space 8 via the pipe spouts 19. By the inflowing primary and secondary combustion air covers the shaft 13, the bearing 14 and the sprocket 20, an efficient and continuous cooling of these parts is obtained at the same time as the supplied air obtains a certain degree of preheating. Said air ﬂ fate is in a suitable, per se known, manner controllably arranged via in ﬁ guren not shown ﬂ fate regulating means.

I bottnen av den roterbara manteln 7 är placerad en via släpringar eller på armat känt sätt roterbart strömmatad glödkropp 21 som är anordnad sträckande sig något ut från den roterbara manteln 7 insida i riktning mot mantelns mitt. Denna glödkropp 21 har i huvudsak till uppgift att underlätta förbränningsugnens start, men även i viss utsträckning att understödja driften av densamma.At the bottom of the rotatable jacket 7 is placed a flow-fed glow body 21 rotatably via slip rings or in a known manner, which is arranged extending slightly outwards from the inside of the rotatable jacket 7 towards the center of the jacket. This glow plug 21 has the main function of facilitating the start of the incinerator, but also to some extent of supporting the operation thereof.

S: \LEG\dok\arkiv\1 10012200alt.d0c 10 15 20 25 30 521 216 4 Med hänvisning till detaljförstoringen i ﬁg. 1 så visas en kanal 22 som i form av borrningar är belägen i anslutning till glödkroppen 21 och som är anordnad sträckande sig genom en del av axeln 13 och den roterbara mantelns 7 botten. Denna kanal 22 står i förbindelse med det yttre utrymmet 8 och bildar således det luftinlopp 3 som används för inledande av primär förbränningsluft till eldstaden 1. I den stationära manteln 6 som avgränsar gasförbränningsutrymmets 2 övre del är anordnade ett ﬂertal kanaler 23, vilka såsom bör inses om ﬁg. 2 studeras närmare, står i förbindelse med det yttre utrymmet och vilka därmed bildar de luftinlopp 4 som används för inledande av sekundär förbränningsluft till gasförbränningsutrymmet 2.S: \ LEG \ dok \ arkiv \ 1 10012200alt.d0c 10 15 20 25 30 521 216 4 With reference to the detail enlargement in ﬁ g. 1 shows a channel 22 which in the form of bores is located adjacent to the glow body 21 and which is arranged extending through a part of the shaft 13 and the bottom of the rotatable jacket 7. This duct 22 communicates with the outer space 8 and thus forms the air inlet 3 used for initiating primary combustion air to the fireplace 1. In the stationary jacket 6 delimiting the upper part of the gas combustion space 2 are arranged a number of ducts 23, which as should be understood om ﬁ g. 2 are studied in more detail, are in communication with the outer space and which thereby form the air inlets 4 which are used for initiating secondary combustion air to the gas combustion space 2.

Den via kanalema 23 inledda sekundära förbränningsluften bringas att skruvlikt cirkulera längs den roterbara mantelns 7 insidor ned mot den i bottnen av densamma belägna eldstaden 1 med en rörelseriktning som är motsatt den roterbara mantelns 7 rörelseriktning, vilken illustreras med pilen 24 i ﬁg. 2. I denna del roteras den nedre manteln 5 alltså moturs samtidigt som den inledda förbränningsluften bringas att cirkulera medurs längs nämnda mantels 8 insidor, vilket illustreras med pilama 25 i ﬁg. 2.The secondary combustion air initiated via the channels 23 is caused to circulate helically along the insides of the rotatable jacket 7 down towards the fireplace 1 located at the bottom of the same with a direction of movement opposite to the direction of rotation of the rotatable jacket 7, which is illustrated by arrow 24 in ﬁ g. 2. In this part, the lower jacket 5 is thus rotated counterclockwise at the same time as the initiated combustion air is caused to circulate clockwise along the insides of said jacket 8, which is illustrated by the arrows 25 in ﬁ g. 2.

På grund de tryckskillnader som råder i eldstaden 1 jämte gasförbränningsutrymmet 2 sker kontinuerligt en tryckutjämning varvid, genom inverkan av Corioliskraften, virvelbildning uppträder omkring den genom inneslutningen sig sträckande centrumaxeln 15.Due to the pressure differences prevailing in the fireplace 1 together with the gas combustion space 2, a pressure equalization takes place continuously, whereby, by the influence of the Coriolis force, vortex formation occurs around the central axis 15 extending through the enclosure.

Nämnda av Corioliskraften genererade virvlar illustreras med pilama 26 i ﬁg. 2 och genom inverkan av jordens rotation kommer de gaser som rör sig mot områden med lägre tryck ut mot den roterbara manteln insidor att avlänkas åt höger, vilket illustreras med pilama 27 i ﬁg. 2. De virvlar 26 som genereras av gasemas avlänkning roterar moturs och följdaktligen också i överensstämmelse med den rotationsriktning som den nedre roterbara manteln 7 har givits. kalla och gasförbränningsutrymmet understöds med andra ord inte bara genom de centrifugalkrafter En god separation och fördelning av vanna gaser i som genom mantelns rotation genereras inne i gasförbränningsutrymmet utan också genom de virvlar 26 som på grund av Corioliskraften och den valda rotationsriktningen uppträder i området för gasförbränningsutrymmets centrumaxel 15. Genom den roterbara mantelns rotationsrörelse förstärks eller snarare initieras den i centrum uppträdande virvelbildningen vilket är fördelaktigt, inte minst på grund av att de uppträdande Corioliskraftema är förhållandevis små. Det kan även nämnas att nämnda virvelbildning också understöds av det parti av glödkroppen 21 som har en viss utsträckning in i eldstaden 1.Said vortices generated by the Coriolis force are illustrated by the arrows 26 in ﬁ g. 2 and by the influence of the rotation of the earth, the gases moving towards areas of lower pressure towards the inside of the rotatable jacket will be deflected to the right, as illustrated by the arrows 27 in ﬁ g. The vortices 26 generated by the deflection of the gases rotate counterclockwise and consequently also in accordance with the direction of rotation given to the lower rotatable jacket 7. cold and the gas combustion space are supported in other words not only by the centrifugal forces A good separation and distribution of water gases generated by the rotation of the jacket inside the gas combustion chamber but also by the vortices 26 which due to the Coriolis force and the chosen direction of rotation occur in the area of the gas combustion chamber 15. Due to the rotational movement of the rotatable jacket, the vortex formation occurring in the center is amplified or rather initiated, which is advantageous, not least because the Coriolis forces occurring are relatively small. It can also be mentioned that said vortex formation is also supported by the portion of the glow body 21 which has a certain extent into the fireplace 1.

Som nämns här ovan uppvisar de i inneslutningen roterande gasmassoma olika temperaturer varvid skillnadema i temperaturgradient varierar på ett sådant sätt att de relativt S:\LEG\dok\arkiv\1 100l2200alt.doc 10 15 20 25 521 216 5 hetare och därmed också lättare gasema återfinns koncentrerade till området för gasförbrärmingsutrymmets 2 centrumaxel 15 medan de kallare och därmed tyngre gaserna är koncentrerade till roterbara mantelns 7 insida eller dennas inre periferi. De roterande gasema i gasförbrärmingsutrymmet kan med andra ord sägas uppvisa en densitet som ökar radiellt utåt från centrumaxeln 15.As mentioned above, the gas masses rotating in the enclosure have different temperatures, the differences in temperature gradient varying in such a way that they are relatively hotter and thus also lighter in the gases. are found concentrated in the area of the central axis 15 of the gas combustion space 2, while the colder and thus heavier gases are concentrated on the inside of the rotatable jacket 7 or its inner periphery. In other words, the rotating gases in the gas combustion space can be said to have a density which increases radially outwards from the center axis 15.

Genom den uppträdande tennodynaniiken och virvelbildningen strömmar de varmare och därmed lättare gaserna i centrum av inneslutningen i riktning uppåt mot utloppet 11, under utförandet av en skruvlik rörelse vilket illustreras med strömningslinjema 26 i ﬁg. 1.Due to the occurring tin dynamics and vortex formation, the warmer and thus lighter gases flow in the center of the enclosure in the upward direction towards the outlet 11, during the execution of a helical movement which is illustrated by the flow lines 26 in ﬁ g. 1.

Tack vare att eldstaden l och gasförbränningsutrymmet 2 är anordnade koaxiellt efter varandra, den ena ovanför den andra, kan de heta gaserna i centrum av eldstaden l jämte gasförbrärmingsutrymmet 2 fritt röra sig uppåt mot utloppsröret 11.Due to the fact that the fireplace 1 and the gas combustion space 2 are arranged coaxially one after the other, one above the other, the hot gases in the center of the fireplace 1 together with the gas combustion space 2 can move freely upwards towards the outlet pipe 11.

I praktiken har det visat sig att den förstärkning av virvelrörelserna som erhålls enligt uppfinningen till stor del är beroende på ﬂödet hos den luft som leds in i gasförbränningsutrymmet. Ett stort inluftsﬂöde ger med andra ord en väsentligt högre effekt och därmed också högre verkningsgrad hos den uppfinningsenliga förbrärmingsugnen.In practice it has been found that the amplification of the vortex motions obtained according to the invention is largely dependent on the fate of the air which is led into the gas combustion space. In other words, a large inlet air fate gives a significantly higher effect and thus also a higher efficiency of the incinerator according to the invention.

Genom den stationära övre manteln 6 sträcker sig även röret 5 för bränsletillförsel ned mot eldstaden 1. Tack vare att den nedre manteln 7 roterar kommer det inmatade bränslet att fördelas jämt och ﬁnt på bottnen av den roterbara manteln 7 och därmed också i området för eldstadens 1 rostanordning. Även om det inte visas i ﬁguren kan det nämnas att röret 5 för bränsletillförsel står i förbindelse med ett bränslemagasin och att därtill är anordnade organ för reglering av den tillförda bränslemängden varvid de i bränsleinmatningsenheten ingående delama vidare är så utformade att det finns ett avbrott, exempelvis i form av ett fallschakt eller liknande, mellan bränslemagasinet och eldstaden för att förhindra bakåteld.Through the stationary upper jacket 6, the pipe 5 for fuel supply also extends down towards the fireplace 1. Thanks to the lower jacket 7 rotating, the fed fuel will be distributed evenly on the bottom of the rotatable jacket 7 and thus also in the area of the fireplace 1. rust device. Although it is not shown in the clock, it can be mentioned that the pipe 5 for fuel supply is connected to a fuel magazine and that there are arranged means for regulating the amount of fuel supplied, the parts included in the fuel supply unit being further designed so that there is an interruption, e.g. in the form of a drop shaft or the like, between the fuel reservoir and the fireplace to prevent backfire.

Den föreliggande uppfinningen är inte begränsad till det ovan beskrivna och det på ritningama visade utan kan ändras och modifieras på en rad olika sätt inom ramen för den i efterföljande patentkrav angivna uppfinningstanken.The present invention is not limited to what is described above and that shown in the drawings, but can be changed and modified in a number of different ways within the scope of the inventive concept stated in the appended claims.

S :\LEG\dok\arkiv\1 l00l2200alt.docS: \ LEG \ dok \ arkiv \ 1 l00l2200alt.doc

Claims

10 15 20 25 30 521 21è '“ï' ¥ f = *” * ï ”l é PATENTKRAV

1. Incinerator specially designed for the combustion of solid comminuted fuels, for example in the form of pellets, comprising a fireplace (1) which is in gas-transmitting connection with a gas combustion space (2) delimited by a housing and a subsequent outlet (II) seen in the flue gas direction ) for discharging the flue gases, a roasting device arranged for the fireplace that can be supplied with fuel from a fuel magazine, and inlets (3, 4) for controllable supply of air which at least consists of primary and secondary combustion air, the secondary combustion air being supplied in such a way that it rotates like a screw in the gas combustion space, characterized in that the housing comprises a rotatably mounted jacket (7) having a bottom in which the fireplace (1) with associated grate is located, the jacket with the bottom provided therefor being arranged for rotation during operation of the furnace and the secondary combustion air initiated via the inlet (4) is arranged to screw-like cir bulge along the insides of the rotatable jacket (7) down towards the fireplace (1) located at the bottom of the same with a direction of movement opposite to the direction of movement of the rotatable jacket (7)

2. Incinerator according to claim 1, characterized in that the housing also comprises a stationary jacket (6) which is connected to the rotatable jacket (7) in a substantially gas-sealing mutually rotatable manner.

Incinerator according to claim 2, characterized in that the rotatably mounted jacket (7) is arranged for rotation about a substantially vertical axis (15) and that the stationary jacket (6) is located above the rotatable jacket (7).

Incinerator according to any one of claims 2 - 3, characterized in that the upper stationary jacket (6) comprises the outlet (1 1) for discharging flue gases from the gas combustion space (2), the inlet (4) for initiating the secondary combustion air to the gas combustion equipment, and an inlet pipe (5) for fuel supply down to the fireplace (1) rust device.

Incinerator according to one of the preceding claims, characterized in that the rotatable jacket (7) comprises an embers (21) arranged in connection with the roasting device.

Incinerator according to any one of claims 2 - 5, characterized in that it comprises an outer casing (9) enclosing the stationary jacket (6) and the rotatable jacket (7) so that a space (8) is defined between said jacket parts (6 , 7) and the housing (9) and with which space (8) the inlets (3, 4) for initiating primary and secondary combustion air are connected ﬁ- Viwfrin ﬂ Vv-uwr ﬂ7 ñi ﬁ l rlrm 521 216 'E eel in connection with, for obtaining primary and secondary combustion air , forced air is led into said space (8). ndñxn-íns ﬂ Vrav ﬁﬁﬁ TH Arv-