PL180190B1 - Palnik wirowy 9o spalania pyłu węglowego z niską emisją tlenków azotu - Google Patents

Abstract

Palnik wirowy do spania pyłu węglowego z nśską emśsją tienków azotu, zawierający rurę pyłową, rozdzielacz łopatkowy podwójnych łopatek mieszaniny pyłowo-powietrznej, układ doprowadzenia powietrza wtórnego, łopatkowe zawirowywacze powietrza wtórnego, znamienny tym, że rura pyłowa (5) osadzona osiowo wewnątrz układu koncentrycznych rur powietrzawtórnego, rury zewnętrznej (1) i wewnętrznej profilowanej łukowo rury (3), jestwyposażonawe wlotśl imakowy (7), przy czym w części wlotowej rury nośnej (8), osadzonej koncentrycznie w rurze pyłowej (5) najej obwodzie sąosadzone łukowe łopatki wyrównujące prostownicy (9), których kierunek wylotujest równoległy do osi palnika, a kierunek wlotu jest styczny do kierunku przepływu mieszaniny pylowo-powietrznej, a w części wylotowej rury nośnej (8)jest osadzony rozdzielający podwójny układ łopatkowy (10), zawierający przemiennie osadzone napowierzchnitulei (14), zakończonej stożkiem, łopatki płaskie (15) równoległe do osi palnika oraz usytuowane ukośnie do osi palnikałopatki łukowe (16) o kącie łuku od 20° do 30° o profilowanych grubościach, mniejszej grubości (gi) od strony wlotu rozdzielacza łopatkowego (10) oraz większej grubości (g2) od strony wylotu rozdzielacza łopatkowego (10), ponadto wewnętrzna rura (3) układu rur koncentrycznych doprowadzenia powietrzawtórnegojestwyprofilowanałukowo, tworzącw przekroju poprzecznym korzystnie kąt od 15° do 25° i jest wysunięta poza płaszczyznę wylotu rozdzielacza łopatkowego (10), na odległość (d) me przekraczającą 0,05 średnicy rury (3), przy czym najej powierzchni jest zamocowany zawirowywacz powietrza wtórnego zewnętrznego (4), a zawirowywacz powietrzawtórnego wewnę

Description

Przedmiotem wynalazku jest palnik wirowy do spalania pyłu węglowego z niską emisją tlenków azotu, przeznaczony do instalowania w energetycznych kotłach parowych lub wodnych elektrowni i elektrociepłowni.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 132 348 palnik wirowy, przeznaczony do spalania pyłu węglowego o niskiej wartości opałowej, charakteryzujący się wytworzeniem silnej strefy recyrkulacji spalin na wylocie z palnika, w którym w rurze mieszaniny pyłowo-powietrznej umieszczone są łopatki proste pochylone pod kątem do osi palnika, tworząc żaluzje, przez które następuje wydzielenie ze strumienia głównego mieszaniny pyłowo-powietrznej, części mieszaniny o znikomej zawartości cząstek pyłu węglowego i skierowanie jej do kanałów, znajdujących się między łopatkami powietrza wtórnego, przy czym osie symetrii tych kanałów są usytuowane równolegle do osi kanałów, znajdujących się pomiędzy łopatkami powietrza wtórnego. Znane jest ponadto z polskiego opisu patentowego nr 164 556 urządzenie do obniżania emisji tlenków azotu w przepływie zawirowanym, w którym wlot mieszaniny pyłowo-powietrznej następuje przez rurę kolankowąprzypalnikową, za którąjest zabudowany separator łopatkowy. Za separatorem łopatkowym, dzielącym przepływ na dwa strumienie o różnych koncentracjach pyłu, znajdująsię dodatkowe łopatki, tworzące kanały wylotowe, które łącząkanały separatora o niskiej koncentracji pyłu z pierścieniem wylotowym, ponadto na wylocie dyszy pyłowo-powietrznej jest obsadzony stożek kierujący, odrzucający strumień o niskiej koncentracji pyłu w kierunku strumienia powietrza wtórnego.

Konsekwencją odrzucenia grubszych frakcji paliwa na ściany dyszy pyłowo-powietrznej jest jej przyspieszona erozja, deformacja kształtu, pęknięcia krawędzi, co może prowadzić do szybkiego zużycia palnika. Obsadzony na wylocie dyszy stożek kierujący wystaje poza płasz180 190 czyznę wylotu powietrza z dyszy powietrza wtórnego, przez co jest narażony na intensywne nagrzewania, przyspieszoną erozję, a nawet często spalenie.

W rozwiązaniach palników wirowych amerykańskiej firmy PHOENIX COMBUSTION wykorzystywane są instalowane na wylocie dyszy pyłowo-powietrznej rozdzielacze łopatkowe, zawierające podwójny układ łopatek równoległych do osi palnika oraz łopatek usytuowanych kątowo do osi palnika, które kształtują rozdział strumienia głównego na strumienie o zróżnicowanych koncentracjach pyłu.

We wszystkich opisanych palnikach wirowych na wloty stosowanych rozdzielaczy łopatkowych są kierowane strumienie o nierównomiernym przepływie masowym i objętościowym, czego konsekwencjąjest występowanie asymetrii wypływu na wylocie palnika, prowadzącej do nierównomiernego spalania.

Istota palnika wirowego do spalania pyłu węglowego z niskąemisjątlenków azotu, polega na tym, że rurę pyłową osadzoną wewnątrz koncentrycznych rur powietrza wtórnego, tworzących układ doprowadzenia powietrza wtórnego zewnętrznego i wewnętrznego, posiada wlot ślimakowy, a w części wlotowej rury nośnej, osadzonej koncentrycznie w rurze pyłowej, na jej obwodzie sąosadzone łukowe łopatki wyrównujące prostownicy, których kierunek wylotu jest równoległy do osi palnika, a kierunek wlotu jest styczny do kierunku przepływu mieszaniny pyłowo-powietrznej, przy czym w części wylotowej rury nośnej jest obsadzony rozdzielający układ łopatkowy, zawierający przemiennie osadzone na powierzchni tulei, zakończonej stożkiem, łopatki płaskie równoległe do osi palnika oraz usytuowane ukośnie do osi palnika łopatki łukowe, o kącie łuku od 20° do 30° o profilowanych grubościach, mniejszej grubości od strony wlotu rozdzielacza łopatkowego oraz większej grubości od strony wylotu rozdzielacza łopatkowego, ponadto rura wspólna układu doprowadzenia rur koncentrycznych powietrza wtórnego wewnętrznego i powietrza wtórnego zewnętrznego jest wygięta łukowo, tworząc w przekroju poprzecznym korzystnie kąt od 15° do 25° i jest wysunięta poza płaszczyznę wylotu rozdzielacza łopatkowego na odległość nie przekraczającą 0,05 długości swojej średnicy, przy czym na jej powierzchni jest zamocowany zawirowywacz powietrza wtórnego zewnętrznego, a zawirowywacz powietrza wtórnego wewnętrznego jest zamocowany do powierzchni rury pyłowej.

Wtryskiwanie mieszaniny pyłowej wlotem ślimakowym zapewnia jej bezpośrednie podawanie na łopatki wyrównujące prostownicy przez co eliminowany jest rozrzut łukowy cząstek paliwa uderzających w ścianki dyszy pyłowej, powodujący przyspieszoną erozję. Ponadto zastosowanie wyrównujących łopatek prostownicy zapewnia wyrównanie przepływu masowego i objętościowego w części wlotowej palnika, co zapewnia podawanie na wlot rozdzielacza łopatkowego przebiegu laminamego w przekroju poprzecznym, konsekwencją czego jest symetria wypływu mieszanki na wylociepalnikapoprawiającazjednej strony stabilność spalania, a z drugiej strony eliminująca nierównomierne nagrzewanie elementów palnika. Dotychczasowe szkodliwe nagrzewanie takich elementów metalowych palnika, jak stożek zostało również wyeliminowane przez zastosowanie układu koncentrycznych rur doprowadzających powietrze zewnętrzne i wewnętrzne wtórne, z których profilowana łukowo zewnętrzna rura wspólna układu rur koncentrycznych jest wysunięta poza płaszczyznę wylotu rozdzielacza łopatkowego. Warunki chłodzenia poprawia ponadto zastosowanie oddzielnych dwu zawirowaczy powietrza wewnętrznego i zewnętrznego.

Wynalazek został bliżej objaśniony w oparciu o rysunek, na którym fig. 1 przedstawia przekrój podłużny wirowego palnika pyłowego, fig. 2 - przekrój poprzeczny przez układ doprowadzenia mieszaniny pyłowej, fig. 3 - przekrój poprzeczny przez układ rozdzielacza łopatkowego, a fig. 4 - przekrój łopatki rozdzielacza.

Korpus 2 palnika wirowego pyłowego jest przymocowany do ściany komory paleniskowej. Wewnątrz korpusu 1 jest zabudowany osiowo kanał doprowadzenia powietrza wtórnego zewnętrznego, który stanowią dwie rury koncentryczne: rura 3 wyprofilowana łukowo o łuku, tworzącym w przekroju podłużnym kąt od 15° do 25°, przykładowo 22° oraz zewnętrzna rura 1. Wewnątrz rury 3 jest obsadzona osiowo rura pyłowa 5 zamocowana do tylnej ściany korpusu 1, tworząc kanał doprowadzenia powietrza wtórnego wewnętrznego. Zawirowywacz powietrza

180 190 wtórnego zewnętrznego 4 jest zamocowany na powierzchni rury 3, a drugi zawirowywacz powietrza wewnętrznego 6 jest zamocowany na powierzchni rury pyłowej 5. W korpusie 2 palnika znaj duj e się ponadto urządzenie regulacj i strumienia przepływu powietrza zewnętrznego 12 w postaci żaluzji łopatkowej, zapewniające płynną regulację od wartości minimalnej do maksymalnej w zależności od obciążenia cieplnego oraz urządzenie regulacji strumienia przepływu powietrza wewnętrznego 13 w postaci tarczy przesuwanej, zapewniające regulację dwupołożenionądla maksymalnego otwarcia przy palniku niepracującym oraz dla wyznaczonego punktu pracy palnika. W osi rury pyłowej 5 znajduje się ruranośna 8 stanowiąca osłonę dodatkowego palnika stabilizującego z układem zapalającym 11, w której części wlotowej są osadzone łopatki wyrównujące prostownicy 9 wyprofilowane łukowo. Kąt wylotowy łukowej łopatki wyrównującej prostownicy 9 wynosi 0°, a wartość jej kąta wlotowego a jest ustalona ze stosunku wielkości prędkości obwodowej \j do wielkości prędkości osiowej V2, jako tg α = — i przykładowo ^V2 wynosi 15°. Zapewnia to kierunek wylotu wyrównujących łopatek prostownicy 9 równoległy d_o osi palnika oraz ich kierunek wlotu styczny do przepływu. Efektem tego jest bezuderzeniowy wpływ mieszanki pyłowej na łopatki wyrównujące prostownicy 9, zmniejszenie oporó_w przepływu i zapewnienie przepływu laminamego mieszaniny pyłowo-powietrznej na wylocie palnika. Do dyszy pyłowej 5 jest przymocowany za pomocą kształtki 20 wlot ślimakowy 7. Kształtka 20 zmienia przekrój okrągły rury pyłowej 5 na kwadratową, wlot ślimakowy 7. W zależności od wykonania palnika wlot ślimakowy 7 jest lewo lub prawostronny. Wyposażenie dyszy pyłowej 5 we wlot ślimakowy 7 daje zawirowanie spiralne mieszanki pyłowej, która jest podawana nie na elementy środkowe palnika, jak rura nośna i rura pyłowa, a bezpośrednio na łopatki wyrównujące prostownicy 9.

W części wylotowej rury nośnej 8 jest umieszczony na jej powierzchni rozdzielacz łopatkowy 10. Stanowią umieszczone na tulei 14 zakończonej stożkiem obwodowo, przemiennie łopatki płaskie 15 usytuowane w płaszczyźnie palnika oraz łukowe łopatki 16, usytuowane ukośnie w stosunku do osi palnika o kącie łuku od 20° do 30°, przykładowo 24°. Łopatki proste 15 i ukośne łopatki łukowe 16 od strony wlotowej rozdzielacza mająmniejsza grubość g_b a od strony wylotowej, gdzie są narażone na szybsze zużycie ich grubość jest większa i wynosi g₂. Wkładka progowa 17 jest zamocowana do bocznej powierzchni stożkowej tulei śrubą 18 z nakrętką 19 i przylega do łopatek 15 i 16. Wzajemne usytuowanie krawędzi wlotowych łopatek osiowych płaskich 15 i łukowych krawędzi łopatek ukośnych 16 zapewnia ukształtowanie kanałów Kl i K2, które rozbijają strumień wlotowy mieszanki pyłowo-powietrznej na przykładowo 12 strumieni cząstkowych, przykładowo 6 strumieni skierowanych wzdłuż osi palnika oraz 6 strumieni odchylonych w kierunku powietrza wtórnego o różnej koncentracji pyłu i powietrza rozłożonych symetrycznie wokół osi palnika. Wkładka progowa 17 odrzuca strumień o małej koncentracji pyłu na zewnątrz palnika, w wyniku czego na wylocie palnika uzyskuje się strumień o zwiększonej koncentracji. Według wynalazku poza płaszczyznę wylotu rozdzielacza łopatkowego 10 jest wysunięta profilowana łukowo rura 3, wspólna dla układów koncentrycznych kanałowa powietrza wtórnego zewnętrznego i wewnętrznego. Odległość d, na którąjest wysunięta w stosunku do płaszczyzny wylotu rozdzielacza 10, rura powietrza wtórnego 3 wynosi przykładowo 0,04 średnicy rury 3 i nie powinna przekraczać 0,05 tej średnicy. Działanie wirowego palnika pyłowego jest następujące.

Z młyna węglowego nie pokazanego na rysunku, mieszanka pyłowajest kierowana na wlot ślimakowy 7, po czym zawirowana spiralnie jest poddawana bezpośrednio na łopatki wyrównujące prostownicy 9, w której następuje wyrównanie przepływu masowego i objętościowego przepływu mieszaniny pyłowo-powietrznej. Następnie laminamy w przekroju poprzeczny strumień mieszaniny pyłowo-powietrznej jest podawany na wlot rozdzielacza łopatkowego 10. Na wlocie rezdzietacza 10 mieszanina pyłowo-powietrzna j wst d zielona na 6 strumieni, skierowanych wzdłuż osi palnika o koncentracji 30% pyłu i 70% powietrza oraz 6 strumieni odchylonych od osi w kierunku powietrza wtórnego o koncentracji 70% pyłu i 30% powietrza. W trakcie przejścia przez układ k_anałów łopatkowych, równoległych, prostych łopatek 15 i łukowych,

180 190 ukośnych łopatek 16 rozdzielacza 10 następuje zmiana koncentracji pyłu węglowego w strumieniach cząstkowych mieszaniny pyłowo-powietrznej do wartości 70% pyłu i 30% powietrza. W strumieniach skierowanych wzdłuż osi palnika do 30% pyłu i 70% powietrza w strumieniach cząstkowych odchylonych w płaszczyźnie wylotu palnika. Powietrze wtórne doprowadzone do palnika jest w korpusie 2 dzielone na powietrze wtórne zewnętrzne wychodzące z kanału, utworzonego między rurą 1 i rurą 3 w zależności od obciążenia cieplnego kotła wyregulowane urządzeniem łopatkowo-żaluzjowym 12 oraz powietrze wtórne wewnętrzne wychodzące z kanału, utworzonego między rurą 3 i dysząpyłowąó dla danego punktu pracy i wyregulowane skokowo urządzeniem tarczowym 13, a następnie zawirowane w zawirowaczach łopatkowych powietrza wtórnego zewnętrznego 4 i wewnętrznego 6. Mieszanina pyłowo-powietrzna z rozdzielacza łopatkowego zostaje wymieszana z powietrzem wtórnym i zapalona palnikiem 11. Da zapewnienia stabilizacji spalania kierunki zawirowania mieszaniny pyłowo-powietrznej i powietrza wtórnego są zgodne w obrębie jednego układu palnikowego.

fig. 2

180 190

fig 3

180 190

fig Δ

180 190

Fig. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Palnik wirowy do spalania pyłu węglowego z niskąemisjątlenków azotu, zawierający rurę pyłową, rozdzielacz łopatkowy podwójnych łopatek mieszaniny pyłowo-powietrznej, układ doprowadzenia powietrza wtórnego, łopatkowe zawirowywacze powietrza wtórnego, znamienny tym, że rura pyłowa (5) osadzona osiowo wewnątrz układu koncentrycznych rur powietrza wtórnego, rury zewnętrznej (1) i wewnętrznej profilowanej łukowo rury (3),jest wyposażona we wlot ślimakowy (7), przy czym w części wlotowej rury nośnej (8), osadzonej koncentrycznie w rurze pyłowej (5) najej obwodzie sąosadzone łukowe łopatki wyrównujące prostownicy (9), których kierunek wylotu jest równoległy do osi palnika, a kierunek wlotu jest styczny do kierunku przepłyyw mieszaniny pyłowo-powietrznej, a w części wylotowej rury nośnej (8) jest osadzony rozdzielający podwójny układ łopatkowy (10), zawierający przemiennie osadzone na powierzchni tulei (14), zakończonej stożkiem, łopatki płaskie (15) równoległe do osi palnika oraz usytuowane ukośnie do osi palnika łopatki łukowe (16) o kącie łuku od 20° do 30° o profilowanych grubościach, mniejszej grubości (gj) od strony wlotu rozdzielacza łopatkowego (10) oraz większej grubości (g₂) od strony wylotu rozdzielacza łopatkowego (10), ponadto wewnętrzna rura (3) układu rur koncentrycznych doprowadzenia powietrza wtórnego, jest wyprofilowana łukowo, tworząc w przekroju poprzecznym korzystnie kąt od 15° do 25° i jest wysunięta poza płaszczyznę wylotu rozdzielacza łopatkowego (10), na odległość (d) nie przekraczjącą0,05 średnicy rury (3), przy czym najej powierzchni jest zamocowany zawirowywacz powietrza wtórnego zewnętrznego (4), a zawirowywacz powietrza wtórnego wewnętrznego (6) jest zamocowany na powierzchni rury pyłowej (5).