PL193516B1 - Urządzenie do kształtowania wypływu mieszaniny pyłowo-powietrznej w palniku wirowym - Google Patents

Abstract

Urządzenie do kształtowania wypływu mieszaniny pyłowo-powietrznej w palniku wirowym, zawierające zainstalowany w dyszy pyłowej łopatkowy rozdzielacz pyłu w postaci łopatek usytuowanych pod kątem ostrym do osi poziomej palnika, stożek kierujący zainstalowany na wylocie dyszy pyłowej, znamienne tym, że rozdzielacz łopatkowy pyłu stanowiący zakończenie rury rdzeniowej (1) palnika umieszczony w rurze osłonowej (2) posiada n w zakresie od 6 do 12 kanałów międzyłopatkowych (3) utworzonych między 2n skośnymi łopatkami (4) nachylonymi do osi poziomej palnika pod kątem korzystnie 30°, których krawędź płaszczyzny bocznej przecina się z osią palnika w środku długości łopatki (4) a w części wylotowej każdego z n w zakresie 6 do 12 kanałów międzyłopatkowych (3) znajduje się wewnętrzny kanał dodatkowy (5) zamknięty obwodowe zewnętrzną płaszczyzną stożkową (6) przecinającą się z rurą osłonową (2) w połowie długości skośnej łopatki (4) kanału międzyłopatkowego (3) zaś na wylocie z palnika na średnicy D około 0,8 jej długości a przekrój poprzeczny jego wylotu stanowi około 30% przekroju poprzecznego kanału międzyłopatkowego (3) ponadto górna krawędź bocznej ściany (7) stanowi linię przecięcia płaszczyzny skośnej łopatki (4) kanału międzyłopatkowego (3) zewnętrzną płaszczyzną stożkową (6) zamykającą obwodowo wewnętrzny kanał dodatkowy (5) a dolna krawędź ściany (7) dodatkowego wewnętrznego kanału (5)....

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do kształtowania wypływu mieszaniny pyłowo-powietrznej w palniku wirowym, znajdujące zastosowanie w warunkach wysokich wymagań odnośnie niskiego poziomu zanieczyszczeń tlenkami azotu emitowanymi podczas procesu spalania paliwa stałego.

Znanych jest z literatury patentowej szereg rozwiązań palników wirowych mających na celu zmniejszanie emisji tlenków azotu, charakteryzujących się wyposażeniem dyszy pyłowej w środki techniczne zapewniające zróżnicowaną koncentrację pyłu jak w stożek rozdzielający wylotowy oraz w separator pyłu. Stożek wylotowy rozdziela strumienie pyłu o wysokiej koncentracji wypływające z dyszy od strumieni mieszaniny pyłowo-powietrznej o niskiej koncentracji pyłu z separatora.

Zagadnienie odpowiedniego skierowania cząstek paliwa do stref o niskim nadmiarze powietrza i wysokiej temperaturze, rozwiązują rozdzielacze pyłu o ramionach ukształtowanych w postaci skośnych ścianek lub układu skośnych łopatek usytuowanych kątowo do osi palnika. Na przykład opisane w polskim opisie patentowym nr 164 556 urządzenie do obniżania emisji tlenków azotu w przepływie zawirowanym, posiada wlot mieszaniny pyłowo powietrznej w postaci rury przypalnikowej, za którą jest zabudowany separator łopatkowy.

Za separatorem łopatkowym dzielącym przepływ mieszaniny pyłowo-powietrznej na dwa strumienie o różnych koncentracjach pyłu znajdują się dodatkowe łopatki tworzące kanały wylotowe, które łączą kanały separatora o niskiej koncentracji pyłu z pierścieniem wylotowym, ponadto na wylocie dyszy pyłowo-powietrznej jest osadzony 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. Osadzony na wylocie dyszy stożek kierujący, wystaje poza płaszczyznę wylotu z dyszy powietrza wtórnego, przez co jest narażony na intensywne nagrzewanie a nawet często spalenie.

Opisane w polskim opisie zgłoszeniowym P-317691 urządzenie do kształtowania wypływu mieszaniny pyłowo-powietrznej w palniku wirowym, posiada osadzony koncentrycznie na dyszy pyłowej, łopatkowy separator pyłu, zaopatrzonej w części wylotowej w stożek wylotowy o kącie rozwarcia od 10° do 30°. Wlot kanału chłodzenia powietrznego jest zaopatrzony w rozdzielacz pyłu posiadający od trzech do siedmiu ramion o kształcie trójkąta ostrokątnego z wierzchołkiem otwartym, przy czym ramiona jego są usytuowane pod kątem do osi poziomej dyszy pyłowej, jedno ramię pod kątem od 15° do 50° a drugie pod kątem do 90°. Pomiędzy powierzchnią łopatek separatora a ramionami rozdzielacza pyłu znajdują się przestrzenie o obniżonej koncentracji pyłu.

Opisany w innym polskim opisie zgłoszeniowym P-317692 palnik wirowy oprócz kształtowania wypływu mieszaniny pyłowo-powietrznej według powierzchni wylotowej palnika rozwiązuje zagadnienie zbliżenia przebiegu mieszaniny pyłowo-powietrznej w przekroju poprzecznym do laminarnego, poprzez wyposażenie palnika w osobny układ łopatek rozdzielająco-wyrównujących na wylocie rury nośnej osadzonej koncentrycznie w dyszy pyłowej palnika.

Przestrzenne sterowanie koncentracją pyłu rozwiązuje osadzony na tulei zakończonej stożkiem usytuowanej w części wylotowej rury nośnej, rozdzielacz łopatkowy posiadający osadzone przemiennie wzdłuż całej długości łopatki płaskie równoległe do osi palnika oraz łopatki profilowane usytuowane ukośnie do osi palnika na całej długości o kącie łuku od 20° do 30°.

Zastosowanie w rozdzielaczu pyłu układu usytuowanych przemiennie łopatek osiowych i skośnych, tworzący kanały otwarte od zewnątrz, powoduje znaczne osłabienie strumienia mieszaniny pyłowo-powietrznej za palnikiem i odsunięcie zapłonu pyłu węglowego od wylotu z palnika. Efekt ten jest dodatkowo potęgowany poprzez wysokie prędkości przepływu strumieni mieszaniny pyłowo-powietrznej o wysokiej koncentracji pyłu skierowanych osiowo.

Istota urządzenia do kształtowania wypływu mieszaniny pyłowo-powietrznej w palniku wirowym według wynalazku odznacza się tym, że rozdzielacz łopatkowy pyłu stanowiący zakończenie rury rdzeniowej palnika umieszczonej w rurze osłonowej posiada n w zakresie od 6 do 12 kanałów międzyłopatkowych utworzonych między 2n łopatkami nachylonymi pod kątem do osi palnika korzystnie pod kątem 30°, których krawędź płaszczyzny bocznej przecina się z osią poziomą palnika w środku długości skośnej łopatki kanału międzyłopatkowego. W części wylotowej każdego z n w zakresie od 6 do 12 kanałów międzyłopatkowych znajduje się wewnętrzny kanał dodatkowy zamknięty obwodowe zewnętrzną płaszczyzną stożkową przecinającą się z płaszczyzną rury osłonowej w połowie długości

PL 193 516 B1 skośnej łopatki kanału międzyłopatkowego, zaś na wylocie z palnika na średnicy około 0,8 jej długości a przekrój poprzeczny jego wylotu stanowi około 30% przekroju poprzecznego kanału międzyłopatkowego, ponadto górna krawędź jednej bocznej ściany dodatkowego kanału wewnętrznego jest usytuowana na przecięciu płaszczyzny skośnej kanału międzyłopatkowego z płaszczyzną stożkową zamykającą obwodowo wewnętrzny kanał dodatkowy a dolna krawędź tej ściany bocznej przecina rurę rdzeniową palnika równolegle do osi palnika. Płaszczyzna drugiej ściany bocznej dodatkowego kanału wewnętrznego przecina oś palnika.

Według wynalazku zastosowanie w rozdzielaczu łopatkowym podwójnych kanałów prowadzących paliwo, międzyłopatkowych ukształtowanych w stosunku do osi palnika, kątowo a począwszy od połowy długości skośnych łopatek do osiowo, jak również dodatkowych kanałów wewnętrznych usytuowanych w części wylotowej kanałów międzyłopatkowych, zamkniętych od góry powierzchnię stożkową, powoduje koncentrację strug pyłu dopiero w połowie długości łopatek skośnych kanałów międzyłopatkowych rozdzielacza, które następnie są kierowane do osiowo wewnętrznymi kanałami zamkniętymi obwodowo zewnętrzną płaszczyzną co zapewnia skierowanie zagęszczonego pyłu węglowego wzdłuż osi palnika do strefy redukcyjnej, przyczyniając się do zmniejszonej emisji tlenków azotu NOx

Wynalazek został bliżej objaśniony w oparciu o rysunek na którym fig 1 przedstawia przekrój podłużny przez łopatki rozdzielacza pyłu a fig 2 - widok wylotu dyszy z rozdzielaczem pyłu od strony komory paleniskowej.

Według wynalazku dysza pyłowa stanowiąca zakończenie rury rdzeniowej 1 jest umieszczona w rurze osłonowej 2. Dysza składa się z sześciu kanałów międzyłopatkowych 3 utworzonych pomiędzy dwunastoma skośnymi łopatkami 4 nachylonymi w stosunku do osi palnika pod kątem 30°, przy czym płaszczyzna łopatki 4 przecina się z osią palnika pośrodku jej długości. W każdym kanale międzyłopatkowym 3 w jego części wylotowej utworzony jest dodatkowy wewnętrzny kanał 5 dla zagęszczonej mieszaniny pyłowo-powietrznej, który kieruje strumień tej mieszaniny w płaszczyźnie osiowej palnika z lekkim nachyleniem do środka palnika.

Przekrój wylotowy dodatkowego wewnętrznego kanału 5 stanowi 30% przekroju kanału międzyłopatkowego 3. Kanał wewnętrzny 5 zamyka od zewnątrz obwodowe płaszczyzna stożkowa 6 przecinająca się rurą osłonową 2 w połowie długości skośnych łopatek 4 zaś na wylocie z palnika na średnicy D około 0,8 jej długości. Boczna ścianka 7 dodatkowego kanału 5 po stronie napływu strumienia ze skośnej łopatki 4 kanału międzyłopatkowego 3 jest utworzona z przedłużenia łopatki 4 w ten sposób, że górna krawędź ścianki 7 wynika z przecięcia się płaszczyzny skośnej łopatki 4 z płaszczyzną stożkową 6 zaś dolna krawędź ścianki 7 przecina rurę rdzeniową 1 równolegle do osi palnika.

W ten sposób krawędź przecięcia się płaszczyzny skośnej łopatki 4 z obudową zewnętrzną płaszczyzną bocznej ścianki 7 przebiega wzdłuż linii łączącej wlot do dodatkowego kanału 5 na średnicy rdzeniowej 1 z wylotem z dodatkowego kanału 5 na średnicy D wylotu palnika około 0,8 jej długości. Druga boczna ścianka 8 dodatkowego kanału 5 jest równoległa do osi palnika a jej płaszczyzna przecina oś palnika. Zasilanie palnika w powietrze wtórne jest realizowane z wykorzystaniem dwóch nie pokazanych na rysunku kanałów powietrza wtórnego - wewnętrznego i zewnętrznego.

Głównym zadaniem kanału wewnętrznego jest odsunięcie zasadniczej części powietrza wtórnego, płynącego kanałem zewnętrznym, od paliwa i zwiększenie średnicy wyprowadzenia powietrza wtórnego z palnika. W celu uzyskania większego stopnia zawirowania strumienia za palnikiem przy dużym udziale powietrza pierwotnego a > 0,3, zastosowano przykładowo 20 nie pokazanych na rysunku zewnętrznych łopatek zawirowujących zewnętrzne powietrze wtórne z kątem spływu 50°, oraz z konstrukcyjną liczbą wiru równą 0,83. Powietrze wewnętrzne wtórne jest zawirowane w tym przypadku słabiej, bo przez 12 łopatek wewnętrznych zawirowujących o kącie spływu 35°.

Zasada działania opisanej wyżej konstrukcji dyszy pyłowej polega na wykorzystaniu zjawiska zagęszczania pyłu węglowego na umieszczonych skośnie łopatkach 4 kanałów międzyłopatkowych 3 a następnie oddzielenia zagęszczonego strumienia pyłu od reszty zawirowanego na łopatkach strumienia czynnika nośnego i skierowanie tego zagęszczonego pyłu wewnętrznymi zamkniętymi kanałami 5 wzdłuż osi palnika do strefy redukcyjnej. Pozostała część strumienia czynnika nośnego zawirowania jest zgodnie z kierunkiem zawirowania powietrza wtórnego wypływającego z palnika przez zawirowywacz umieszczony współosiowo po zewnętrznej części rury osłonowej 2 dyszy pyłowej.

Claims (1)

1. Urządzenie do kształtowania wypływu mieszaniny pyłowo-powietrznej w palniku wirowym, zawierające zainstalowany w dyszy pyłowej łopatkowy rozdzielacz pyłu w postaci łopatek usytuowanych pod kątem ostrym do osi poziomej palnika, stożek kierujący zainstalowany na wylocie dyszy pyłowej, znamienne tym, że rozdzielacz łopatkowy pyłu stanowiący zakończenie rury rdzeniowej (1) palnika umieszczony w rurze osłonowej (2) posiada n w zakresie od 6 do 12 kanałów międzyłopatkowych (3) utworzonych między 2n skośnymi łopatkami (4) nachylonymi do osi poziomej palnika pod kątem korzystnie 30°, których krawędź płaszczyzny bocznej przecina się z osią palnika w środku długości łopatki (4) a w części wylotowej każdego z n w zakresie 6 do 12 kanałów międzyłopatkowych (3) znajduje się wewnętrzny kanał dodatkowy (5) zamknięty obwodowe zewnętrzną płaszczyzną stożkową (6) przecinającą się z rurą osłonową (2) w połowie długości skośnej łopatki (4) kanału międzyłopatkowego (3) zaś na wylocie z palnika na średnicy D około 0,8 jej długości a przekrój poprzeczny jego wylotu stanowi około 30% przekroju poprzecznego kanału międzyłopatkowego (3) ponadto górna krawędź bocznej ściany (7) stanowi linię przecięcia płaszczyzny skośnej łopatki (4) kanału międzyłopatkowego (3) zewnętrzną płaszczyzną stożkową (6) zamykającą obwodowo wewnętrzny kanał dodatkowy (5) a dolna krawędź ściany (7) dodatkowego wewnętrznego kanału (5) przecina rurę rdzeniową (1) równolegle do osi palnika, przy czym płaszczyzna drugiej bocznej ściany (8) dodatkowego kanału wewnętrznego (5) przecina oś palnika.