PL193419B1 - Sposób i reaktor do spalania paliw - Google Patents

Abstract

1. Sposób spalania paliw, w którym paliwa wpro- wadza sie za pomoca sprezonego powietrza do komory reakcyjnej w kierunku jej osi i spala sie z ewentualnym dodatkiem wody, znamienny tym, ze stosuje sie pali- wo stale i/lub plynne i/lub gazowe, ewentualnie z do- datkiem srodka utleniajacego, przy czym ilosc wprowa- dzanego sprezonego powietrza odpowiada ilosci po- wietrza niezbednej do spalania zupelnego, oraz wpro- wadzona mieszanine kieruje sie na powierzchnie kieru- jaca wewnatrz komory reakcyjnej (2), gdzie rozprowa- dza sie ja, skladniki ciekle i/lub stale nastepnie rozpyla sie, skladniki ciekle odparowuje, skladniki stale sublimu- je sie i rozpoczyna sie wybuchowe spalanie mieszani- ny, zanim mieszanina dotrze do sciany lub dna komory reakcyjnej (2). 12. Reaktor do spalania paliw, zawierajacy komore reakcyjna z otworami doprowadzajacymi dla paliwa, powietrza, srodka utleniajacego i/lub wody oraz z otworem wylotowym dla produktów spalania, zna- mienny tym, ze reaktor (1) ma hiperboloidalna glo- wice (3), która jest polaczona z otworem wylotowym (4) i od tego miejsca ma rozszerzajacy sie przekrój. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i reaktor do spalania paliw.

Chodzi tu zwłaszcza o sposób i reaktor do spalania paliw z powietrzem ewentualnie z dodatkiem wody i/lub środka utleniającego. Tego rodzaju sposób spalania paliw oraz reaktor do spalania paliw są znane z niemieckiego opisu wyłożeniowego nr DE 2 118 073. W celu usunięcia zanieczyszczonych cieczy i szlamu zaproponowano tutaj wprowadzenie dwóch, nie mieszających się ze sobą, faz paliwa przeznaczonego do spalania, przez urządzenie rozpylające razem z tlenem z powietrza do komory reakcyjnej, gdzie tworzy się pseudo-jednorodna mieszanina, ulegająca zgazowaniu i spalaniu. W komorze należy ponadto wywołać ruch recyrkulacyjny celem ujednorodnienia mieszaniny. Część paliwa ma przy tym spływać po ściankach komory, przejmując od niej ciepło. W tym sposobie paliwo jest kierowane do cylindrycznej komory reakcyjnej w kierunku osiowym. Za komorą reakcyjną można umieścić komorę odprężającą, która służy do chłodzenia gazów odlotowych i oddzielania niespalonych cząstek pyłu.

W sposobie spalania według niemieckiego opisu nr DE 2 118 073 istotne jest utrzymywanie wewnętrznej ścianki komory reakcyjnej w temperaturze, która odpowiada temperaturze panującej w gazowej masie reakcyjnej. Jest to niekorzystne zwłaszcza przy podnoszeniu palnika, ponieważ trudno palne substancje mogą tworzyć osady na dnie komory reakcyjnej. To samo dotyczy składników niepalnych, jak pył, który z uwagi na ruch cyrkulacyjny w komorze reakcyjnej trudno jest odprowadzić z komory reakcyjnej na zewnątrz. Geometria reaktora nie pozwala przy tym na stosowanie dużych prędkości przepływu.

Urządzenie i sposób spalania oleju z dodatkiem wody są znane z międzynarodowego opisu patentowego nr WO 95/23942, przy czym olej wprowadza się do komory spalania, tworząc kąpiel olejową, którą podgrzewa się do temperatury pomiędzy 250 i 350°C. Następnie wodę rozpyla się na gorącą powierzchnię kąpieli olejowej, co przy jednoczesnym doprowadzaniu powietrza do komory spalania powoduje erupcję płomienia. Poziom kąpieli olejowej nie powinien podczas spalania przekraczać wysokości od 3 do 4 mm, aby zapobiec przerwaniu spalania. Stosowane w tym celu urządzenie zawiera w zasadzie komorę spalania w kształcie ostrosłupa lub stożka ściętego z bocznymi doprowadzeniami dla oleju i wody z odpowiednich zasobników. Kąpiel olejowa jest ogrzewana elektrycznie. Powietrze przedostaje się wraz z wodą do wnętrza komory spalania. Płomień o temperaturze od 1200 do 2000°C jest w celach grzewczych wprowadzany przez cylindryczną rurę do pieca.

W tych znanych sposobach spalania, zwłaszcza zużytych olejów, niekorzystne okazały się spadki temperatury w kierunku dna, powstające w kąpieli olejowej, ponieważ temperatury dna mogą leżeć poniżej temperatur odparowania cięższych frakcji w zużytym oleju, czego następstwem jest fakt, że te ostatnie tworzą na dnie komory spalania niezupełnie spaloną masę olejową. Wtryskiwanie oleju okazuje się niepraktyczne, ponieważ pozostałości i mające dużą lepkość składniki zużytego oleju powodują zatykanie dysz. Ponadto całe urządzenie wraz z jego doprowadzeniami i urządzeniami do grzania wstępnego jest skomplikowane pod względem konstrukcyjnym. Sterowanie procesem jest bardzo trudne do kontroli, zwłaszcza w przypadku wyłączenia spowodowanego pozostałościami. Dlatego też urządzenie nie nadaje się do długotrwałej eksploatacji.

Z brytyjskiego opisu patentowego nr GB 765 197 znane jest urządzenie do spalania płynnych i upłynnianych paliw, składające się z cylindrycznej komory spalania z połączoną z nią, otwartą ku górze, komorą paleniskową. Płynne paliwo wprowadza się promieniowo lub stycznie do wnętrza komory spalania, zaś powietrze jest wprowadzane oddzielnie w kierunku stycznym, przy czym paliwo styka się z wewnętrzną powierzchnią komory spalania, gdzie ulega odparowaniu i spaleniu. Temperatury powstające w komorze paleniskowej wynoszą od 1500 do 1800°C. Przy niezupełnym spaleniu w wyniku zmniejszonego dopływu powietrza za pomocą doprowadzanej pary paliwo ulega skrakowaniu, wskutek czego oleje ciężkie zostają rozłożone na niższe węglowodory, wodór i tlenek węgla.

Również w tym znanym sposobie spalania sposób doprowadzania jest technicznie skomplikowany, poza tym istnieje niebezpieczeństwo, że w określonych obszarach ścian temperatura nie jest wystarczająca do odparowania cięższych frakcji zużytego oleju, które gromadzą się wówczas na dnie komory spalania i tworzą tam nie spalone pozostałości. Para wodna nie służy tutaj do właściwego spalania, lecz wyłącznie do krakowania olejów ciężkich.

W amerykańskim opisie patentowym nr US 4,069,005 zaproponowane zostało spalanie mieszaniny wody/paliwa/powietrza w obecności katalizatora metalicznego (nikiel), przy czym wewnątrz palnika umieszczonych jest jedna nad drugą kilka płyt, które również mogą być wykonane z katalizatoPL 193 419 B1 ra metalicznego, aby zwiększyć efektywność spowodowanego w ten sposób krakowania. W służącym do tego celu urządzeniu umieszczone jedna nad drugą płyty z katalizatora metalicznego zrasza się płynnymi paliwami i wodą, przy czym płyty te nagrzewa się uprzednio w fazie grzania wstępnego do temperatury powyżej 800°C. Unoszące się do góry pary prowadzi się wzdłuż katalizatorów metalicznych, wskutek czego poprzez krakowanie powstają łatwopalne, gazowe węglowodory, które w dalszym przebiegu procesu ulegają spalaniu, co powoduje wytworzenie spalin o temperaturze od 800 do 1000°C.

Celem wytworzenia długiego płomienia dla nagrzania kotła przemysłowego w amerykańskim opisie patentowym nr US 3,804,579 olej i powietrze spala się razem z parą wodną, wytwarzaną przez sam płomień w spirali wymiennika ciepła. Wydłużony płomień pali się tutaj w temperaturze około 730°C.

Wreszcie z niemieckiego opisu patentowego nr DE 39 29759 C2 znane jest urządzenie do spalania produktów na bazie zużytych olejów, w którym zużyte oleje miesza się ze zwykłym olejem opałowym o znanej, niewielkiej lepkości w ten sposób, że powstaje przeciętny produkt o stałej lepkości, który ogrzewa się wstępnie i wtryskuje się do kotła. Po przeciwnej stronie kotła znajdują się urządzenia zasilające dla powietrza, wody i typowych środków neutralizujących. Do wtryskiwania mieszaniny olejów stosuje się powietrze lub parę wodną. Urządzenie sterujące stosunkiem mieszaniny olejów oraz urządzenie wtryskowe dla mieszaniny olejów z dalszymi przewodami doprowadzającymi dla powietrza i środka neutralizującego powodują powstanie trudnego do sterowania urządzenia o skomplikowanej konstrukcji, które nie jest w stanie pracować efektywnie, ponieważ oprócz właściwego produktu spalania zużytego oleju muszą być spalone dodatkowo znaczne ilości normalnego oleju opałowego, co istotnie ogranicza możliwości utylizacji. Prosty kocioł do spalania nie może wspomóc procesu spalania.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu przyjaznego dla środowiska sposobu spalania paliw w dowolnym stanie skupienia, ewentualnie z dodatkiem wody i/lub środka utleniającego, w którym paliwo spala się zupełnie i bez pozostałości z dużym uzyskiem energii. Nadający się do tego celu reaktor ma optymalizować proces spalania podczas długotrwałej eksploatacji, charakteryzując się jednocześnie niewielkimi nakładami konstrukcyjnymi, jak najniższymi wymaganiami co do konserwacji i zdolnością do samooczyszczania.

Sposób spalania paliw, w którym paliwa wprowadza się za pomocą sprężonego powietrza do komory reakcyjnej w kierunku jej osi i spala się z ewentualnym dodatkiem wody, odznacza się według wynalazku tym, że stosuje się paliwo stałe i/lub płynne i/lub gazowe, ewentualnie z dodatkiem środka utleniającego, przy czym ilość wprowadzanego sprężonego powietrza odpowiada ilości powietrza niezbędnej do spalania zupełnego, oraz wprowadzoną mieszaninę kieruje się na powierzchnię kierującą wewnątrz komory reakcyjnej (2), gdzie rozprowadza się ją, składniki ciekłe i/lub stałe następnie rozpyla się, składniki ciekłe odparowuje, składniki stałe sublimuje się i rozpoczyna się wybuchowe spalanie mieszaniny, zanim mieszanina dotrze do ściany lub dna komory reakcyjnej (2).

Korzystnie strumień względnie strumienie sprężonego powietrza wprowadza się do komory reakcyjnej pod ciśnieniem od około 2 · 10⁵Pa do 10 · 10⁵Pa, korzystnie od 3 · 10⁵Pa do 5 · 10⁵ Pa.

Korzystnie paliwa, wodę i/lub środek utleniający wprowadza się przez jedną lub kilka dysz Venturiego do strumienia sprężonego powietrza.

Korzystnie paliwo gazowe wprowadza się do komory reakcyjnej oddzielnie od wprowadzanego sprężonego powietrza.

Korzystnie wewnątrz komory reakcyjnej utrzymuje się, za pomocą przewodzących ciepło ścian reaktora, temperaturę jednorodną względem osi komory reakcyjnej.

Korzystnie prędkości wpływania do komory reakcyjnej ustala się tak, że przy zadanej geometrii komory reakcyjnej płomień spalania opuszcza komorę reakcyjną co najmniej z prędkością dźwięku.

Korzystnie zapłonu mieszaniny w komorze reakcyjnej dokonuje się za pomocą płomienia pilotowego lub wytwarzanej iskry.

Korzystnie paliwa i/lub wodę i/lub powietrze podgrzewa się wstępnie przed wprowadzeniem do komory reakcyjnej za pomocą ciepła odlotowego, powstającego przy spalaniu.

Korzystnie wnętrze komory reakcyjnej kształtuje się dynamicznie pod względem przepływu za pomocą wkładek umieszczanych w komorze reakcyjnej.

Korzystnie zawierające węglowodory paliwo poddaje się podczas spalania katalitycznemu krakowaniu.

Korzystnie jako katalizator stosuje się materiał zawierający nikiel.

PL 193 419 B1

Reaktor do spalania paliw, zawierający komorę reakcyjną z otworami doprowadzającymi dla paliwa, powietrza, środka utleniającego i/lub wody oraz z otworem wylotowym dla produktów spalania, charakteryzuje się według wynalazku tym, że reaktor ma hiperboloidalną głowicę, która jest połączona z otworem wylotowym i od tego miejsca ma rozszerzający się przekrój.

Korzystnie komora reakcyjna zwęża się, co najmniej w górnej części, w kierunku otworu wylotowego.

Korzystnie zwężająca się część komory reakcyjnej ma kształt ostrosłupa względnie stożka ściętego.

Korzystnie komora reakcyjna ma kształt hiperboloidalny.

Korzystnie otwory przewodów doprowadzających są wpuszczone w dno komory reakcyjnej i skierowane równolegle do osi komory reakcyjnej.

Korzystnie otwory przewodów doprowadzających są usytuowane centralnie w środku powierzchni dna komory reakcyjnej.

Korzystnie przewody doprowadzające składają się z prostych rur, które dla zasysania paliw i/lub wody mają postać dyszy Venturiego.

Korzystnie wewnątrz komory reakcyjnej, w wyznaczonych przez otwory doprowadzające kierunkach napływu, umieszczona jest powierzchnia kierująca.

Korzystnie powierzchnia kierująca ma postać stożka względnie ostrosłupa, ustawionego wierzchołkiem w kierunku otworów doprowadzających.

Korzystnie w komorze reakcyjnej umieszczone jest źródło zapłonu.

Korzystnie wewnątrz komory reakcyjnej, korzystnie w ścianach komory reakcyjnej, w żarowytrzymałych wkładkach wewnątrz komory reakcyjnej lub w powierzchni kierującej umieszczony jest katalizator metaliczny.

Korzystnie katalizator metaliczny znajduje się w żarowytrzymałym, łuskowatym lub porowatym materiale.

Korzystnie reaktor jest częściowo, zwłaszcza w obszarze największego obciążenia materiału, ze stopu Ni-Mo-Co-Cr.

Korzystnie reaktor ma izolację zewnętrzną, korzystnie z ceramiki lub włókien szklanych.

Według wynalazku paliwo stałe i/lub płynne i/lub gazowe, ewentualnie wodę i/lub środek utleniający, wprowadza się za pomocą sprężonego powietrza do komory reakcyjnej w kierunku jej osi, przy czym ilość wprowadzanego sprężonego powietrza odpowiada ilości powietrza niezbędnej do spalania zupełnego, zaś wprowadzoną mieszaninę kieruje się na powierzchnię kierującą wewnątrz komory reakcyjnej, wskutek czego ulega ona rozpyleniu, sublimacji i/lub odparowaniu i spala się wybuchowo, zanim dotrze do ściany lub dna komory reakcyjnej. Wybuchowy proces spalania można objaśnić wysokim stopniem zwiększenia powierzchni mieszaniny wprowadzanej do komory reakcyjnej:

a) paliwo doprowadzane za pomocą sprężonego powietrza ulega przy wtrysku do komory reakcyjnej rozerwaniu i rozpyleniu, przy czym

b) panujące ciśnienie wystarcza jeszcze do tego, by paliwo skierować z dużą prędkością na powierzchnię kierującą wewnątrz komory reakcyjnej, gdzie następuje uderzenie i odbicie wraz z dalszym rozprowadzaniem i rozpylaniem.

Woda wtryskiwana dodatkowo ze sprężonym powietrzem ulega na wejściu do komory reakcyjnej rozpyleniu na kropelki, które przemieniają się w parę wodną i zostają rozprowadzone przez powierzchnię kierującą we wszystkich kierunkach wewnątrz komory reakcyjnej. Rozprężanie, wywołane uderzeniowym odparowaniem, wspomaga mieszanie paliw z istniejącym sprężonym powietrzem oraz parą wodną, co pociąga za sobą efektywne spalanie, zwłaszcza trudno palnych składników paliwa. Pozwala to jeszcze skuteczniej zapobiegać osadzaniu się paliwa na ścianie wewnętrznej oraz zbieraniu pozostałości na dnie, wskutek czego reaktor podlega samooczyszczaniu.

Strumień sprężonego powietrza można wdmuchiwać do komory reakcyjnej pod ciśnieniem od 2 · 10⁵ do 10 · 10⁵ Pa, korzystnie od 3 · 10⁵ do 5 · 10⁵ Pa. Przy takich ciśnieniach kombinacja rozpylania na wyjściu z doprowadzenia z rozpylaniem, zachodzącym wskutek uderzania o powierzchnię kierującą wewnątrz komory spalania, jest wyjątkowo skuteczna.

Paliwa, wodę i/lub środek utleniający wprowadza się, oddzielnie lub w postaci mieszaniny, przez jedną lub kilka dysz Venturiego do strumienia sprężonego powietrza. Paliwo gazowe wprowadza się przy tym do komory reakcyjnej oddzielnie. Ten rodzaj doprowadzania stwarza możliwości dokładnego dozowania przy niewielkich nakładach konstrukcyjnych, zwiększając jednocześnie działanie rozpylające na wejściu do komory reakcyjnej. Wtryskiwanie do komory reakcyjnej odbywa się przez

PL 193 419 B1 zwykłą rurę o niewielkiej średnicy, bez nasadki dyszowej, co zapobiega zatykaniu dyszy przy spalaniu zużytych olejów przez niepalne pozostałości lub lepkie składniki. Użycie jednolitych dysz Venturiego do doprowadzania paliw i wody zmniejsza ponadto nakłady konstrukcyjne.

Korzystne jest, jeżeli wewnątrz komory reakcyjnej utrzymuje się, za pomocą przewodzących ciepło ścian reaktora, temperaturę jednorodną względem osi komory reakcyjnej. Jeżeli powierzchnia kierująca powoduje symetryczny rozkład mieszaniny wewnątrz komory reakcyjnej, wówczas przy symetrycznym rozkładzie temperatur można osiągnąć bardziej równomierne spalanie.

Przy zadanej geometrii komory reakcyjnej prędkości wpływania do komory reakcyjnej można ustalać tak, że powstający płomień spalania opuszcza komorę reakcyjną co najmniej z prędkością dźwięku, transportując na zewnątrz powstałą energię cieplną celem jej dalszego wykorzystania. Można to dodatkowo ulepszyć -jak opisano poniżej - za pomocą odpowiedniej geometrii reaktora.

Zapłonu mieszaniny w komorze reakcyjnej dokonuje się korzystnie za pomocą płomienia pilotowego lub wytwarzanej iskry. Korzystne jest również rozwiązanie, w którym paliwa i/lub wodę i/lub powietrze podgrzewa się wstępnie przed wprowadzeniem do komory reakcyjnej za pomocą ciepła odlotowego, powstającego przy spalaniu. Zwłaszcza olej ciężki jest wówczas, dzięki obniżonej w ten sposób lepkości, łatwiejszy do transportu. Wkładki umieszczone wewnątrz komory reakcyjnej pozwalają oddziaływać na dynamikę przepływu w procesie spalania.

Korzystne jest, jeżeli zawierające węglowodory paliwo poddaje się podczas spalania katalitycznemu krakowaniu, przy czym jako katalizator można stosować na przykład materiał zawierający nikiel.

Reaktor według wynalazku ma hiperboloidalną głowicę, która jest połączona z otworem wylotowym i od tego miejsca ma rozszerzający się przekrój. Na tej głowicy reaktora pali się płomień spalania. Zbliżona do dyszy geometria reaktora powoduje przy tym przyspieszenie gazów palnych z jednoczesnym ukształtowaniem odpowiedniego podciśnienia w obszarze ujścia komory reakcyjnej, co pociąga za sobą dalsze przyspieszenie spalanych substancji wewnątrz komory reakcyjnej w kierunku otworu wylotowego, oddziałujące pozytywnie na spalanie oraz samoczyszczenie reaktora.

Efekt dyszowy można wzmocnić tak, że komora reakcyjna zwęża się, co najmniej w górnej części, w kierunku otworu wylotowego, przy czym zwężająca się część komory reakcyjnej ma zwłaszcza kształt ostrosłupa względnie stożka ściętego. Z drugiej strony również cała komora reakcyjna może mieć kształt hiperboloidalny, zwężając się przy tym w kierunku otworu wylotowego.

Przy geometrii reaktora, ukształtowanej na zasadzie dyszy, korzystne jest, jeżeli otwory przewodów doprowadzających dla paliw (i wody) są wpuszczone w dno komory reakcyjnej i skierowane równolegle do osi komory reakcyjnej. Wskutek tego oś komory reakcyjnej jest wyznaczona jako uprzywilejowany kierunek przepływu, w który następnie, dla lepszego rozkładu spalanej mieszaniny, można wstawić powierzchnię kierującą, przez którą mieszanina jest najpierw oddalana od osi komory reakcyjnej, a następnie ponownie przybliżana do tej osi wskutek omówionego wyżej efektu dyszowego. Poza tym parametry ciśnieniowe sprzyjają wypływaniu z otworów doprowadzających.

Jako powierzchnię kierującą dla osiągnięcia jednorodnego rozkładu można zastosować, ustawiony wierzchołkiem przeciwnie do kierunku przepływu paliwa, stożek względnie podobnie ustawiony ostrosłup z żarowytrzymałego materiału, umieszczony wewnątrz komory reakcyjnej wzdłuż jej osi. Proces spalania można zatem optymalizować za pomocą symetrycznego rozkładu w przekroju komory reakcyjnej takich wielkości fizycznych, jak ciśnienie, prędkość przepływu, turbulencje i temperatura.

Jeżeli paliwo ma być dodatkowo krakowane, wówczas korzystne jest, jeżeli wewnątrz komory reakcyjnej, korzystnie w ścianach komory reakcyjnej, w żarowytrzymałych wkładkach wewnątrz komory reakcyjnej lub w powierzchni kierującej umieszczony jest katalizator metaliczny, zwłaszcza zawierający nikiel. Wysoką efektywność procesu krakowania katalitycznego można uzyskać za pomocą łuskowatego lub porowatego katalizatora metalicznego o dużej powierzchni.

Reaktor może być wykonany w całości z jednego materiału, na przykład stali stopowej, a także, co najmniej częściowo, ze stopu bardzo odpornego na wysokie temperatury i wykazującego dużą wytrzymałość mechaniczną, jak na przykład stop Ni-Mo-Co-Cr (nimonik). Ponadto reaktor może mieć izolację zewnętrzną z włókien ceramicznych lub włókien szklanych, aby redukować wypromieniowywaną ilość ciepła i utrzymywać temperaturę w komorze reakcyjnej na poziomie około 1000°.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia reaktor w widoku perspektywicznym od dołu, fig. 2 - reaktor w ukazującym jego wnętrze widoku perspektywicznym od góry, zaś fig. 3 - reaktor w ukazującym jego wnętrze widoku z boku.

Na figurach ukazany jest reaktor 1 według wynalazku z komorą reakcyjną 2, do której otworu wylotowego 4 przyłączona jest głowica 3. Przewody doprowadzające 5 i 6 są wpuszczone w kierunku

PL 193 419 B1 osiowym w środek dna reaktora 1. Powierzchnię kierującą stanowi w tym przykładzie umieszczony wzdłuż osi wewnątrz komory reakcyjnej 2 stożek 7, którego wierzchołek jest zwrócony w kierunku przewodów doprowadzających 5 i 6.

Górna część komory reakcyjnej 2 zwęża się w tym przykładzie wykonania hiperboloidalnie w kierunku otworu wylotowego 4, skąd znajduje również hiperboloidalne przedłużenie w głowicy 3 reaktora. Taka geometria powoduje efekt dyszowy, w wyniku którego przepływające gazy są pod wpływem podciśnienia w obszarze otworu wylotowego i głowicy reaktora zasysane z wnętrza komory reakcyjnej 2, co może pociągać za sobą dodatkowo spadek ciśnienia w doprowadzeniach 5 i 6. Jednocześnie możliwe jest dzięki temu samooczyszczanie reaktora, ponieważ niepalne cząstki i pozostałości są wskutek ssania wyciągane z wnętrza reaktora. Tego typu pozostałości można oddzielić za pomocą filtracji gazów spalinowych.

₃

W tym przykładzie wykonania reaktor ma objętość wynoszącą około 15dm³ (15 litrów) i jest wykonany ze stali stopowej. Korzystne jest częściowe wykonanie reaktora z materiału bardziej odpornego na temperaturę i mającego większą wytrzymałość mechaniczną, jak stop typu nimonik, którego skład jest następujący: C = 0,057; Si = 0,18; Mn = 0,36; S = 0,002; Al = 0,47; Co = 19,3; Cr = 19,7; Cu = 0,03; Fe = 0,55; Mo = 5,74; Ti = 2,1; Ti + Al = 2,59 (w % wagowych); zawartość Ag, B, Bi i Pb rzędu ppm; pozostałą część stanowi nikiel. Zawarte w tym stopie pierwiastki powodują jednocześnie katalityczne krakowanie węglowodorów.

Reaktor wykonany z tego materiału może mieć grubość ścian równą od 3 do 4mm, natomiast w przypadku stali stopowej grubość ścian wynosi od 5 do 7 mm. Korzystna jest zewnętrzna izolacja reaktora 1 z materiału, składającego się z włókien ceramicznych lub włókien szklanych, ponieważ zmniejsza ono wypromieniowywanie ciepła, zwiększając tym samym temperaturę wewnątrz reaktora.

Przez przewody doprowadzające 5, mające postać dysz Venturiego o średnicy od 3 do 7 mm, płynne paliwo, mianowicie oleje zużyte i oleje ciężkie o różnym składzie, oraz paliwo stałe, jak zwłaszcza wysuszona bagassa z oliwek i osady ściekowe, są zasysane przez sprężone powietrze z odpowiedniego (nie przedstawionego) zasobnika i transportowane pod ciśnieniem od 3 · 10⁵ do 5 · 10⁵ Pa do wnętrza komory reakcyjnej 2. Przy wychodzeniu z przewodówdoprowadzających 5 strumień paliwa zostaje rozerwany, paliwo pada z dużą prędkością na powierzchnię kierującą 7, skąd jest symetrycznie rozprowadzane na przekroju komory reakcyjnej. Woda wtryskiwana przez przewód doprowadzający 5 zostaje rozpylona i odparowuje na wyjściu przewodu do komory reakcyjnej 2, przy czym para wodna jest również symetrycznie rozprowadzana na przekroju komory reakcyjnej. Przez przewody doprowadzające 6, w których umieszczone są przewody doprowadzające 5, w razie potrzeby można dostarczyć dodatkową ilość sprężonego powietrza, aby zapewnić ilość powietrza potrzebną do zupełnego spalania.

Do komory reakcyjnej 2 wprowadza się około 30 do 40 dm³/h wody i 70 do 80 dm³/h zużytego ₃ oleju. Paliwa stałe, jak wysuszona biomasa, doprowadza się w ilości od 110 do 130 d m³/h. Jeżeli płynne i stałe paliwa mają być doprowadzane razem, wówczas należy odpowiednio obniżyć ich doprowadzane ilości. Moc palnika wynosi około 1Mwt. Emisja substancji szkodliwych okazuje się nieznaczna, a nawet tak mała, że można ją pominąć.

Regulacja procesu spalania odbywa się przy pomiarze temperatury, ilości i składu chemicznego gazów spalinowych. Odpowiednio do tego steruje się ilościami doprowadzanej wody, powietrza i paliwa.

Przedstawiona budowa reaktora powoduje symetryczny rozkład wielkości fizycznych procesu spalania, mianowicie rozkład kołowo-symetryczny w odniesieniu do punktów osiowych komory reakcyjnej 2. W przekroju komory reakcyjnej 2wartości temperatury, ciśnienia, prędkości przepływu gazów są w przybliżeniu stałe. Temperatury rosną od dnakomory reakcyjnej 2 w kierunku otworu wylotowego 4, przy czym z uwagi na przewodzące ciepło ściany reaktora w czasie długotrwałej pracy następuje spłaszczenie gradientów temperatury.

Dynamika przepływu procesu spalania jest regulowana przy zmianie geometrii reaktora i położenia oraz geometrii powierzchni kierującej.

Paliwa ulegają w reaktorze zupełnemu spaleniu. Ewentualnie nie spalone pozostałości są transportowane wskutek ssania z wnętrza reaktora i mogą być zbierane za pomocą filtrów. Efekt dyszowy reaktora 1 można tak dopasować łącznie z prędkością doprowadzania, że gazy spalinowe opuszczają głowicę 3 reaktora z prędkością dźwięku w temperaturze około 1200 do około 1500°C.

Istnieje szereg różnych zastosowań przemysłowychreaktora i sposobu spalania według wynalazku. Przykładowo można gorącymi gazami spalinowymi zasilać złoże fluidalne, w którym przez piaPL 193 419 B1 sek przepuszczany jest gorący gaz. Tego typu złoża fluidalne stosuje się najczęściej do czyszczenia przedmiotów (na przykład z pozostałości lakieru). Przykładem zastosowania jest również usuwanie odpadów specjalnych. Poprzez celowy niedomiar powietrza biomasę można poddać na złożu fluidalnym procesowi pirolizy, wskutek czego pozyskiwane są paliwa stałe i gazowe, które można doprowadzić bezpośrednio do sposobu według wynalazku. Wytwarzane gazy palne można poza tym stosować bezpośrednio w silniku spalinowym do wytwarzania prądu. Wreszcie sposób spalania według wynalazku można wykorzystywać do kombinowanego wytwarzania ciepła i prądu elektrycznego, to znaczy do zasilania zarówno turbin parowych, jak też turbin gazowych.

Wynalazek umożliwia przyjazne dla środowiska spalanie ciężkich do usunięcia produktów odpadowych, jak zużyte oleje o różnym składzie, osady ściekowe, bagassę z oliwek, węgiel mineralny i inne palne produkty odpadowe.

Claims (25)

1. Sposób spalania paliw, w którym paliwa wprowadza się za pomocą sprężonego powietrza do komory reakcyjnej w kierunku jej osi i spala się z ewentualnym dodatkiem wody, znamienny tym, że stosuje się paliwo stałe i/lub płynne i/lub gazowe, ewentualnie z dodatkiem środka utleniającego, przy czym ilość wprowadzanego sprężonego powietrza odpowiada ilości powietrza niezbędnej do spalania zupełnego, oraz wprowadzoną mieszaninę kieruje się na powierzchnię kierującą wewnątrz komory reakcyjnej (2), gdzie rozprowadza się ją, składniki ciekłe i/lub stałe następnie rozpyla się, składniki ciekłe odparowuje, składniki stałe sublimuje się i rozpoczyna się wybuchowe spalanie mieszaniny, zanim mieszanina dotrze do ściany lub dna komory reakcyjnej (2).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień względnie strumienie sprężonego powietrza wprowadza się do komory reakcyjnej (2) pod ciśnieniem od około 2 · 10⁵ Pa do 10 · 10⁵ Pa, korzystnie od 3 · 10⁵ Pa do 5 · 10⁵ Pa.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że paliwa, wodę i/lub środek utleniający wprowadza się przez jedną lub kilka dysz Venturiego do strumienia sprężonego powietrza.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że paliwo gazowe wprowadza się do komory reakcyjnej (2) oddzielnie od wprowadzanego sprężonego powietrza.

5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wewnątrz komory reakcyjnej (2) utrzymuje się, za pomocą przewodzących ciepło ścian reaktora, temperaturę jednorodną względem osi komory reakcyjnej (2).

6. Sposób według zastrz. 1albo 2, znamienny tym, że prędkości wpływania do komory reakcyjnej (2) ustala się tak, że przy zadanej geometrii komory reakcyjnej płomień spalania opuszcza komorę reakcyjną co najmniej z prędkością dźwięku.

7. Sposób według zastrz. 1albo 2, znamienny tym, że zapłonu mieszaniny w komorze reakcyjnej (2) dokonuje się za pomocą płomienia pilotowego lub wytwarzanej iskry.

8. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że paliwa i/lub wodę i/lub powietrze podgrzewa się wstępnie przed wprowadzeniem do komory reakcyjnej (2) za pomocą ciepła odlotowego, powstającego przy spalaniu.

9. Sposób według zastrz. 1albo 2, znamienny tym, że wnętrze komory reakcyjnej (2) kształtuje się dynamicznie pod względem przepływu za pomocą wkładek umieszczanych w komorze reakcyjnej.

10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zawierające węglowodory paliwo poddaje się podczas spalania katalitycznemu krakowaniu.

11.Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że jako katalizator stosuje się materiał zawierający nikiel.

12. Reaktor do spalania paliw, zawierający komorę reakcyjną z otworami doprowadzającymi dla paliwa, powietrza, środka utleniającego i/lub wody oraz z otworem wylotowym dla produktów spalania, znamienny tym, że reaktor(1) ma hiperboloidalną głowicę (3), która jest połączona z otworem wylotowym (4) i od tego miejsca ma rozszerzający się przekrój.

13. Reaktor według zastrz. 12, znamienny tym, że komora reakcyjna (2) zwęża się, co najmniej w górnej części, w kierunku otworu wylotowego (4).

14. Reaktor według zastrz. 13, znamienny tym, że zwężająca się część komory reakcyjnej (2) makształt ostrosłupa względnie stożka ściętego.

PL 193 419 B1

15. Reaktor według zastrz. 13, znamienny tym, że komora reakcyjna (2) ma kształt hiperboloidalny.

16. Reaktor według zastrz. 12, znamienny tym, że otwory przewodów doprowadzających (5, 6) są wpuszczone w dno komory reakcyjnej (2) i skierowane równolegle do osi komory reakcyjnej (2).

17. Reaktor według zastrz. 16, znamienny tym, że otwory przewodów doprowadzających (5, 6) są usytuowane centralnie w środku powierzchni dna komory reakcyjnej (2).

18. Reaktor według zastrz. 12 albo 16, albo 17, znamienny tym, że przewody doprowadzające (5, 6) składają się z prostych rur, które dla zasysania paliw i/lub wody mają postać dyszy Venturiego.

19. Reaktor według zastrz. 12 albo 13, albo 14, albo 15, znamienny tym, że wewnątrz komory reakcyjnej (2), w wyznaczonych przez otwory doprowadzające kierunkach napływu, umieszczona jest powierzchnia kierująca (7).

20. Reaktor według zastrz. 19, znamienny tym, że powierzchnia kierująca (7) ma postać stożka względnie ostrosłupa, ustawionego wierzchołkiem w kierunku otworów doprowadzających.

21. Reaktor według zastrz. 12 albo 13, albo 14, albo 15, znamienny tym, że w komorze reakcyjnej (2) umieszczone jest źródło zapłonu.

22. Reaktor według zastrz. 12, znamienny tym, że wewnątrz komory reakcyjnej (2), korzystnie w ścianach komory reakcyjnej, w żarowytrzymałych wkładkach wewnątrz komory reakcyjnej (2) lub w powierzchni kierującej (7) umieszczony jest katalizator metaliczny.

23. Reaktor według zastrz. 22, znamienny tym, że katalizator metaliczny znajduje się w żarowytrzymałym, łuskowatym lub porowatym materiale.

24. Reaktor według zastrz. 12, znamienny tym, że reaktor (1) jest częściowo, zwłaszcza w obszarze największego obciążenia materiału, ze stopu Ni-Mo-Co-Cr.

25. Reaktor według zastrz. 12 albo 24, znamienny tym, że reaktor (1) ma izolację zewnętrzną, korzystnie z ceramiki lub włókien szklanych.