PL191044B1 - Sposób i urządzenie optymalizacji spalania mieszanki paliwowo powietrznej w palenisku energetycznego kotła - Google Patents

Abstract

1. Sposób optymalizacji spalania mieszanki paliwowo powietrznej w palenisku energetycznego kotła, znamienny tym, że w palenisku w co najmniej dwóch oddalonych od siebie, rozmieszczonych symetrycznie punktach mierzy się zawartość tlenku węgla w spalinach i porównuje zmierzone wartości wyznaczając ich różnicę i gdy bezwzględna wartość tej różnicy jest większa od zadanej progowej wartości zwiększa się ilość wtórnego powietrza dostarczanego do palników po stronie paleniska o większej zawartości tlenku węgla w spalinach, i zmniejsza się ilość wtórnego powietrza dostarczanego do palników po stronie paleniska o mniejszej zawartości tlenku węgla, przy czym zmiany ilości wtórnego powietrza dokonuje się skokowo według schodkowej funkcji pLi - pP1 = f (ACO) gdzie pLi i pP1 jest wyrażoną w procentach wielkością otwarcia klap wtórnego powietrza, w palnikach po lewej stronie paleniska i w palnikach po prawej stronie paleniska. 4. Urządzenie optymalizacji spalania mieszanki paliwowo powietrznej w palenisku energetycznego kotła, znamienne tym, że zawiera dwa czujniki (Cl, Cp) tlenku węgla zabudowane w palenisku przed obrotowymi podgrzewaczami powietrza, po przeciwnych stronach/ paleniska, których wyjścia są połączone z wejściami bloku symetryzacji (BS), przy czym z wejściem bloku symetryzacji (BS) jest połączony także zadajnik wartości progowej (PR) różnicy zawartości tlenku węgla po stronach paleniska, wyjście bloku symetryzacji (BS) jest połączone z wejściem głównego regulatora (RG), którego wyjście jest połączone z wejściami sumatorów (SLi, SP1), których to sumatorów (SLi, SP1) wyjścia są połączone przez regulatory (RwLi, RwP1) z wejściami urządzeń wykonawczych (UwLi, UwP1) klap wtórnego powietrza dysz, przy czym z drugim wejściem sumatorów (SLi, SP1) są połączone sumatory węgla (SWLi, SWP1), których wejścia są połączone z sygnalizatorami (pLi, pPi) sygnału otwarcia klapy wtórnego powietrza i z sygnalizatorem (D) dyskretyzowanego sygnału (iwi) z sygnalizatora (Jwi) ilości węgla w podajniku węgla.

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ zasilania dodatkowym powietrzem paleniska kotła przemysłowego składający się z szeregu dysz o zmiennym kierunku strumienia powietrza oraz z powietrznych kanałów z regulacyjnymi klapami.

Znany z polskiego opisu patentowego nr 181 530 układ zasilania dodatkowym powietrzem paleniska zawiera szereg dysz osadzonych w dyszowych kanałach i uchylnych w pionowej płaszczyźnie. U wylotu dyszowego kanału jest rozchylający element w kształcie klina, który strumień powietrza wypływającego z dyszy dzieli na dwa strumienie odchylone w poziomie na boki we wzajemnie przeciwne strony. Ponadto w dyszowym kanale, po obu bokach dyszy są dwie klapy osadzone obrotowo na osiach pionowych, przy czym osie te są usytuowane przy wlocie dyszowego kanału. Klapy te za pomocą układu cięgien i ramion są rozchylane lub zwierane ku sobie, co służy regulacji ilości powietrza przepływającego z dyszy do paleniska. Wychylenie dyszy w górę lub w dół wpływa na kierunek w płaszczyźnie pionowej strumienia wpływającego do paleniska. Wychylenie klap powoduje zwiększanie lub zmniejszenie ilości przepływającego powietrza, ale nie ma istotnego wpływu na kąt odchylenia rozdzielonych strumieni powietrza od osi dyszowego kanału, gdyż o tym decyduje niezmiennie klinowy element rozchylający umieszczony u wylotu dyszowego kanału.

Znana z polskiego zgłoszenia opisu patentowego P-332 254 dysza ma właściwą dyszę zakończoną wylotem w formie ściętego stożka zwróconego mniejszą podstawą w stronę paleniska. Właściwa dysza jest zamocowana do nośnej rury położonej w osi symetrii dyszy. Rura jest osadzona obrotowo w obudowie dyszy i za jej pomocą właściwa dysza jest obracana wokół jej osi symetrii. Do wspomnianej rury właściwa dysza jest zamocowana do poprzecznej osi, względem której dysza może być wychylana na boki. Suma ruchu obrotowego dyszy wokół jej osi i ruchu wychylnego względem tej osi powoduje, że dyszę można ustawić w pewnych granicach w dowolnym kierunku, czyli dysza może zajmować pozycję w osi symetrii lub być odchylona w dół paleniska, ku górze lub na boki w prawo, bądź w lewo. Dzięki temu strumienie powietrza wypływające z poszczególnych dysz mogą być kierowane w różne strony, co umożliwia kontrolę jakości spalania paliwa w poszczególnych obszarach paleniska.

Celem wynalazku jest układ zasilania dodatkowym powietrzem paleniska, który umożliwia dostarczanie powietrza do całej przestrzeni paleniska tak, aby w każdym obszarze paleniska istniały odpowiednie warunki spalania ze zminimalizowaną ilością powstających w tym procesie tlenków azotu i tlenku węgla.

Układ według wynalazku zasilania dodatkowym powietrzem paleniska kotła przemysłowego przez szereg dysz umieszczonych w ścianie paleniska ponad strefą palników, które to dysze są uchylne wokół poziomej osi, który ponadto ma powietrzne kanały z klapami regulacji ilości przepływającego powietrza charakteryzuje się tym, że dyszę ma podzieloną ścianą i przegrodą na górną część i dolną część, przy czym do górnej części i dolnej części ma przyłączone odrębne powietrzne kanały, w których są umieszczone regulacyjne klapy, a każda z części dyszy zawiera co najmniej jedną kierownicę usytuowaną prostopadle i zarazem skośnie względem osi dyszy, a kąt skośnego ustawienia kierownic względem osi dyszy w górnej części dyszy jest przeciwny skośnemu ustawieniu kierownic w dolnej części dyszy.

Korzystnie oś dyszy jest usytuowana w połowie jej wysokości, a po bokach we wspomnianej osi dyszy ma czopy osadzone w łożyskach w dyszowym kanale. W szczególnym rozwiązaniu górna część i dolna część dyszy są podzielone półkami równoległymi do osi dyszy i prostopadłymi do kierownic.

Korzystnie wspomniane półki są rozmieszczone w równych odległościach od siebie. Pokrywy tworzące górne i dolne wierzchołki dyszy są utworzone z wycinka pobocznicy walca równoległej do osi dyszy, która to pobocznica jest zakreślona promieniem ze środka leżącego na osi dyszy. Wspomniane powietrzne kanały w szczególnym rozwiązaniu mają wspólną obudowę podzieloną wewnętrznie na dwa kanały przegrodą, przy czym krawędź tej przegrody sięga osi dyszy, a kierownice przy osi dyszy po stronie wlotu powietrza mają skośne krawędzie nachylone wzajemnie przeciwnie pod kątem w stronę wierzchołków dyszy.

W korzystnym rozwiązaniu powierzchnia wlotu dyszy jest większa od powierzchni wylotu. W szczegółowym rozwiązaniu w górnej części dyszy i dolnej części dyszy ma ona krótką kierownicę usytuowaną od strony wylotu, ustawioną skośnie do bocznej ściany dyszy i dolegającą do bocznej ściany dyszy boczną krawędzią.

PL 191 044 B1

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania przedstawiono na rysunku, na którym fig. 1 jest pionowym przekrojem przez dyszę i powietrzne kanały, fig. 2 jest pionowym przekrojem przez wychyloną ku górze dyszę i przez powietrzne kanały, fig. 3 jest poziomym przekrojem przez dyszę osadzoną w dyszowym kanale, fig. 4 jest poziomym przekrojem przez palenisko ze schematem układu dysz, fig. 5 jest widokiem z przodu dyszy, fig. 6 jest przekrojem płaszczyzną B-B dyszy, fig. 7 jest przekrojem płaszczyzną C-C dyszy, a fig. 8 jest przekrojem D-D.

W pionowej ścianie 23 paleniska 25 są dyszowe kanały 24 o przekroju prostokątnym, w których są umieszczone pionowe dysze 1 na czopach 3. Na zewnętrz ściany 23 paleniska 25 jest obudowa 15 powietrznych kanałów 7 i 8, które powstały przez rozdzielenie obudowy 15 przegrodą 6. Dyszowy kanał 24 łączy zatem palenisko 25 z powietrznymi kanałami 7 i 8. Na wlocie kanałów 7 i 8 są klapy 9 oddzielnie dla każdego kanału. Przegroda 6 krawędzią 16 sięga osi 11 dyszy 1, przez co strumień powietrza tłoczonego przewodem 7 dopływa do dolnej części 5 dyszy 1, a strumień powietrza tłoczonego powietrznym kanałem 8 dopływa do górnej części 4. Czop 3 dyszy 1 jest połączony z korbowym mechanizmem 26, który służy do wychylania dyszy 1 wokół czopów 3 z odchyleniem ku górze, jak to pokazano na fig. 2 lub z odchyleniem ku dołowi. Jednakże w każdym położeniu dyszy 1 do jej górnej części 4 zawsze dopływa powietrze z powietrznego kanału 8, a do jej dolnej części 5 powietrze zawsze dopływa z kanału 7, co uzyskano przez usytuowanie krawędzi 16 przegrody 6 bezpośrednio przy krawędzi ściany 2 w osi 11 dyszy 1.

W przykładzie wykonania pokazano na fig. 4 dwa zespoły dysz 1 umieszczonych w ścianie 23 paleniska 25. Każdy zespół tworzą cztery dysze 1, przy czym dysze jednego zespołu są wychylane za pomocą wspólnego korbowego mechanizmu 26. Budowę dyszy 1, w przykładzie wykonania, przedstawiono na fig. 5, fig. 6, fig. 7 i fig. 8.

Dysza 1 jest utworzona z dwóch równoległych bocznych ścian 21, między którymi są umieszczone półki 12. Półki 12 mają szerokość równą szerokości bocznych ścian 21, a ich długość stanowi o szerokości dyszy 1. Półki 12 są równoległe do osi 11 i są od siebie oddalone w równych odległościach. Równolegle do półek 12 jest wbudowana ściana 2 sięgająca od krawędzi bocznej ściany 21 do osi 11. Dysza 1 wbudowana do paleniska 25 jest zwrócona ścianą 2 w stronę paleniska 25. Ściana 2 dzieli dyszę l na górną część 4 i dolną część 5. Korzystnie ściana 2 dzieli dyszę 1 na części 4 i 5 równej wysokości, czyli oś 11 leży w połowie wysokości dyszy 1. Między półkami 12 są umieszczone kierownice 10 i krótkie kierownice 20. Kierownice 10 są usytuowane prostopadle do półek 12 i skośnie względem bocznych ścian 21. Kierownice 10 w górnej części 4 i w dolnej części 5 są ustawione skośnie w przeciwnych wzajemnie kierunkach. Krótkie kierownice 20 są również prostopadłe do półek 12 i skośnie względem bocznych ścian 21 w zgodnym kierunku ze skośnością kierownic 10 i są usytuowane po stronie wylotu 19 dyszy 1. Boczną krawędzią 22 krótkie kierownice 20 przylegają do bocznych ścian 21, przez co powierzchnia wlotu 18 jest większa od powierzchni wylotu 19 dyszy 1. Końcowe półki 12 są nakryte pokrywami 13, które mają formę wycinka walca zakreślonego promieniami 14 z punktu na osi 11 dyszy 1. Kolista wypukłość pokryw 13 zapewnia szczelność dyszy 1 w dyszowym kanale 24 przy każdym położeniu dyszy 1, także wychylonej z pionowego położenia. Pokrywa 13 rozciąga się na całą szerokość dyszy 1. W osi 11, na zewnątrz bocznych ścian 21 są zamocowane do tych ścian czopy 3 tkwiące w łożyskach i połączone z korbowym mechanizmem 26. Kierownice 10 położone bezpośrednio przy osi 11 są ścięte skośnie wzdłuż krawędzi 17 ciągnących się od osi 11 do krawędzi bocznej ściany 21, co jest niezbędne ze względu na obrót dyszy 1 wokół osi 11 i nieruchomą przegrodę 6 sięgającą krawędzią 16 do osi 11.

Gorące powietrze jest dostarczane do powietrznych kanałów 7 i 8 przez klapy 9. Ilość powietrza jest regulowana wielkością wychylenia klap 9. Sterowanie klap 9 jest niezależne od siebie, zatem ilość powietrza dopływającego do powietrznego kanału 7 może być różna od ilości powietrza dopływającego do powietrznego kanału 8. Z kanałów 7 i 8 powietrze przepływa do dyszy 1 i następnie wpływa do paleniska 25. Powietrze dopływające do dyszy 1 powietrznym kanałem 7 wpływa do dolnej części 5 dyszy i tutaj zostaje rozdzielone na trzy strumienie płynące między bocznymi ścianami 21 i kierownicami 10 oraz boczną kierownicą 20. Do górnej części 4 dyszy 1 powietrze dopływa z powietrznego kanału 8 i również jest dzielone na strumienie kierownicami 10. Krótka kierownica 20 powoduje, że powierzchnia wylotu 19 jest mniejsza od powierzchni wlotu 18. W efekcie tego prędkość strumienia powietrza jest większa przy wypływie z dyszy 1 do paleniska 25 niż na wlocie 18. Zwiększenie prędkości powietrza wpływającego do paleniska 25 powoduje zwiększenie zasięgu strumienia, co umożliwia łatwiejsze dotarcie dodatkowego powietrza do poszczególnych obszarów paleniska 25, zatem lepsze spalanie z mniejszą ilością w spalinach tlenków azotu i tlenku węgla niepożądanych ze wzglę4

PL 191 044 B1 du na ich szkodliwość dla środowiska w otoczeniu elektrowni. Strumień powietrza przepływający przez dolną część 5 dyszy i jest odchylany w kierunku D na bok w płaszczyźnie poziomej, na fig. 4 jest on odchylany w prawo. Strumień powietrza przepływający przez górną część 4 dyszy 1 jest odchylany w kierunku odwrotnym G czyli w lewo.

Z rysunku na fig. 4 widać, że dzięki odchyleniu na boki strumieni powietrza wypływających z dysz i tworzących zespoły dysz, przekrój paleniska 25 jest pokryty siatką strumieni powietrza. Zapewnia to równomierne rozprzestrzenienie dodatkowego powietrza, a więc uniknięcie obszarów nadmiaru lub niedostatku tlenu, czyli zredukowanie obszarów, w których mogą powstawać tlenki azotu i tlenek węgla. W zależności od potrzeby strumienie powietrzne wypływające z dysz i można kierować w górę paleniska 25 lub w dół. Uzyskuje się to przez pochylenie dysz 1 przez ich obrót wokół osi 11 za pomocą korbowego mechanizmu 26. Stwarza to dodatkową możliwość takiego rozkładu strumieni dodatkowego powietrza w palenisku 25, przez który to rozkład uzyskuje się korzystne spalanie z minimalizacją zawartości szkodliwych dla otoczenia składników spalin.

Claims (4)

1. Sposób optymaIlzacjj spalania mieszanki pallwowo powietrznej w palenisku energetycznego kotła, znamienny tym, że w palenisku w co najmniej dwóch oddalonych od siebie, rozmieszczonych symetrycznie punktach mierzy się zawartość tlenku węgla w spalinach i porównuje zmierzone wartości wyznaczając ich różnicę i gdy bezwzględna wartość tej różnicy jest większa od zadanej progowej wartości zwiększa się ilość wtórnego powietrza dostarczanego do palników po stronie paleniska o większej zawartości tlenku węgla w spalinach i zmniejsza się ilość wtórnego powietrza dostarczanego do palników po stronie paleniska o mniejszej zawartości tlenku węgla, przy czym zmiany ilości wtórnego powietrza dokonuje się skokowo według schodkowej funkcji p_Li - p_P1 = f (ACO) gdzie p_Li i p_P1 jest wyrażoną w procentach wielkością otwarcia klap wtórnego powietrza, w palnikach po lewej stronie paleniska i w palnikach po prawej stronie paleniska.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że schodkowa funkcja p_u - p_P1 = f (ACO) ma wysokość stopni (p_max - po) : s , gdzie s jest liczbą przyjętych stopni w zakresie od całkowitego zamknięcia po do całkowitego otwarcia p_max palnikowej powietrznej klapy wtórnego powietrza.

3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że liczba s przyjętych stopni schodkowej funkcji pLi - pp1 = f (ACO) wynosi od 3 do 5.

4. Urządzenie optymalizacji spalania mieszanki paliwowo powietrznej w palenisku energetycznego kotła, znamienne tym, że zawiera dwa czujniki (C_L, Cp) tlenku węgla zabudowane w palenisku przed obrotowymi podgrzewaczami powietrza, po przeciwnych stronach/ paleniska, których wyjścia są połączone z wejściami bloku symetryzacji (BS), przy czym z wejściem bloku symetryzacji (BS) jest połączony także zadajnik wartości progowej (PR) różnicy zawartości tlenku węgla po stronach paleniska, wyjście bloku symetryzacji (BS) jest połączone z wejściem głównego regulatora (RG), którego wyjście jest połączone z wejściami sumatorów (Su, Sp1), których to sumatorów (Su, Sp1) wyjścia są połączone przez regulatory (Rwu, Rwp1) z wejściami urządzeń wykonawczych (Uw_Li, Uwp1) klap wtórnego powietrza dysz, przy czym z drugim wejściem sumatorów (Su, Sp1) są połączone sumatory węgla (SW_Li, SWp1), których wejścia są połączone z sygnalizatorami (pu, ppi) sygnału otwarcia klapy wtórnego powietrza i z sygnalizatorem (D) dyskretyzowanego sygnału (iwi) z sygnalizatora (Jwi) ilości węgla w podajniku węgla.