PL210374B1 - Sposób i urządzenie do podwyższenia dynamiki zawirowania powietrza w palniku niskoemisyjnym - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do podwyższenia dynamiki zawirowania powietrza w palniku niskoemisyjnym, zasilanym mieszanką pyło-powietrzną, stosowanym w kotłach energetycznych, zwłaszcza z niską emisją tlenków azotu, w których nie mogą zostać przekroczone ustalone przez ustawodawcę wartości graniczne emisji tlenków azotu NOx.

W znanych palnikach pyłowych przed doprowadzeniem pyłu do palników zabudowane jest kolano pyłowe lub kształtka zmieniająca kierunek przepływu o 90° najczęściej z pionowego na poziomy. W kolanie wystę puje duże uniejednorodnienie mieszanki. Zabudowywane w kanale kierownice i zabudowywana w poziomym przewodzie mieszanki pyłowej w palniku zwężka mieszająca nie są w stanie ujednorodnić rozpływu mieszanki pyło-powietrznej w poziomym pyłoprzewodzie palnika. Wynikiem tego jest nierównomierna erozja przewodów łopatek zawirowujących oraz nierównomierny wypływ mieszanki pyło-powietrznej do komory paleniskowej. Powietrze wtórne do wirowych palników pyłowych konwencjonalnych i niskoemisyjnych przepływa przez regulowane kierownice zabudowane na obwodzie dysz powietrza wtórnego, następnie zawirowywane w stałych kierownicach.

Intensywność zawirowania w tych palnikach maleje przy obciążeniu wydajności palnika i przy przymknięciu stopnia otwarcia kierownic.

Z polskiego opisu patentowego nr 150 375 znany jest palnik pyłowy o regulowanym stopniu zawirowania powietrza wtórnego, zawierający zawirowywacz mieszaniny pyło-powietrznej osadzony w określonym miejscu na przewodzie mieszaniny pyło-powietrznej, w części doprowadzającej w przewodzie powietrza wtórnego posiada zabudowaną pierścieniową przegrodę. Przewód powietrza wtórnego połączony jest z podwójną dyszą powietrza wtórnego, wewnętrzną i współosiowo z nią zabudowaną dyszą zewnętrzną. W wewnętrznej dyszy powietrza wtórnego umieszczone są dwa zawirowywacze, osiowy i tangencjalny. Wylot palnika zakończony jest dyfuzorem.

Z polskiego opisu patentowego nr 185 103 znany jest palnik do spalania mieszanki paliwowej w strumieniu powietrza, zawierający na dalszym końcu dyszy mieszanki pyło-powietrznej zabudowany stabilizator płomienia, kanał mieszanki pyło-powietrznej otoczony przez kanał co najmniej jednego strumienia gazu zawierającego tlen, co najmniej jedną płytę oddzielającą usytuowaną na dalszym końcu stabilizatora płomienia dyszy mieszaniny, rozciągającą się od stabilizatora płomienia na zewnątrz pomiędzy kanałem mieszanki i kanałem drugiego strumienia gazu. Płyta oddzielająca ma kształt pierścienia wystającego lub w kształcie zamontowanych kilku płyt oddzielających oddalonych od siebie lub w kształcie kilku płyt nachylonych względem osi dyszy mieszaniny i zachodzących na siebie w kierunku obwodowym z ukształtowaną pomiędzy każdymi sąsiednimi płytami szczeliną. Zewnętrzna część obwodowa stabilizatora płomienia ma w przekroju kształt litery L. Palnik w dyszy mieszaniny pyło-powietrznej posiada zabudowaną zwężkę Venturiego. W kanale drugiego strumienia gazu posiada zabudowane co najmniej jedno urządzenie zawirowujące.

Z polskiego opisu patentowego nr 190 938 znany jest palnik na pył wę glowy zawierają cy koncentrycznie umieszczoną dyszę mieszanki pyło-powietrznej, dyszę powietrza drugorzędowego i dyszę powietrza trzeciorzędowego, na końcu zewnętrznej ścianki obwodowej dyszy powietrza drugorzędowego posiadający część rozszerzoną w pobliżu, której usytuowane są środki zmiany kierunku powietrza drugorzędowego w postaci płyty usytuowanej na końcu wewnętrznej ścianki obwodowej dyszy ustawionej pod kątem lub w postaci elementu wzbudzającego, który stanowi dysza gazowa do wyrzucania gazu w kierunku powietrza drugorzędowego. W dyszach powietrza drugorzędowego i trzeciorzędowego są zabudowane zawirowywacze. Zawirowywacz powietrza drugorzędowego jest wzdłuż obwodu dyszy pyłu węglowego. W dyszy powietrza drugorzędowego jest zabudowana zwężka. Na zewnętrznym obwodzie końca dyszy pyłu węglowego jest umieszczony pierścień stabilizujący płomień zawierający w płycie szczeliny. Pomiędzy dyszą pyłu węglowego i dyszą powietrza drugorzędowego jest zabudowana przegroda. W przewodzie mieszanki pyło-powietrznej tuż za kolanem zabudowana jest zwężka Venturiego.

Z polskiego opisu wzoru użytkowego nr 61743 znany jest palnik wirowy do spalania pyłu węglowego zawierający rurę mieszanki pyłowej ze stabilizatorem, dysze powietrza wtórnego drugo - i trzeciorzędowego wraz z kierownicami, wyposażony w regulowany zawirowywacz pyłu, zawirowywacz powietrza drugorzędowego, kierownice stabilizacyjne pyłu i zwężkę kryzującą, posiadający płaszcz dodatkowego powietrza osłonowego osadzony współosiowo na rurze mieszanki pyłowej, zakończony rozszerzoną częścią na swoim wylocie. Stabilizator ma postać pierścienia z promieniowymi, równomiernie rozmieszczonymi szczelinami. Na wylocie rury mieszanki pyłowej posiada przesuwny zawiroPL 210 374 B1 wywacz pyłu. Na wlocie w przestrzeń kolana są umieszczone dwie równoległe względem siebie kierownice stabilizacyjne pyłu, a za nimi zwężka kryzująca.

Sposób podwyższenia dynamiki zawirowania powietrza w palniku niskoemisyjnym, gdzie wokół strumienia zawirowanej, ujednorodnionej mieszanki pyło-powietrznej wprowadza się zawirowany strumień powietrza wtórnego i zawirowany strumień powietrza trzeciego, przed wejściem do komory paleniskowej zawirowaną mieszankę pyło-powietrzną poddaje się zróżnicowaniu koncentracji po przejściu przez koncentratory, po czym mieszankę pyło-powietrzną wprowadza się do komory paleniskowej rozszerzonymi strumieniami o zróżnicowanej koncentracji ruchem śrubowym w postaci stożka według wynalazku charakteryzuje się tym, że strumień powietrza wtórnego wprowadza się poprzez co najmniej jedną dyszę o zmiennym przekroju stycznie do cylindrycznej części kanału powietrza wtórnego, ukierunkowuje się śrubowo przez regulowane kierownice tuż za dyszami poprzez zwężającą się część stożkową w kierunku wylotu kanału i wprowadza się do komory paleniskowej ruchem śrubowym ze zwiększoną prędkością obwodową wiru w kształcie szerokokątnego stożka wokół strumienia mieszanki pyło-powietrznej i miesza się z opóźnieniem ze stożkiem strugi mieszanki pyło-powietrznej o zróżnicowanej koncentracji pyłu, strumień powietrza trzeciego wprowadza się poprzez dysze o zmiennym przekroju stycznie do cylindrycznej części kanał u powietrza trzeciego, ukierunkowuje się śrubowo przez regulowane kierownice na wylocie z dysz o zmiennym przekroju i wprowadza się ruchem śrubowym do zwężającego się w kierunku wylotu kanału powietrza trzeciego, a następnie do komory paleniskowej ze zwiększoną prędkością obwodową wiru z nadanym ruchem śrubowym w postaci bardziej szerokokątnego stożka powietrza trzeciego niż stożek powietrza wtórnego i stożek mieszanki pyło-powietrznej, tworząc wachlarz strumieni. Ilość powietrza wtórnego i ilość powietrza trzeciego reguluje się stopniem otwarcia dysz o zmiennym przekroju.

Urządzenie do podwyższenia dynamiki zawirowania powietrza w palniku niskoemisyjnym, zawierające współosiowo zabudowane kanały powietrza wtórnego i powietrza trzeciego wokół kanału mieszanki pyło-powietrznej, w kanale mieszanki pyło-powietrznej zawirowywacz pyłu, blisko wylotu mieszanki pyło-powietrznej zabudowane koncentratory, w kanałach powietrza wtórnego i powietrza trzeciego zabudowane zawirowywacze powietrza, wyloty kanałów mieszanki pyło-powietrznej, powietrza wtórnego i powietrza trzeciego zakończone stożkami wylotowymi według wynalazku charakteryzuje się tym, że posiada koncentratory o przekroju kołowym zagęszczające mieszankę pyło-powietrzną zabudowane na wewnętrznym obwodzie stożkowej dyszy, na wejściu do cylindrycznej części dyszy powietrza wtórnego zabudowaną stycznie do cylindrycznej części kanału powietrza wtórnego co najmniej jedną dyszę o zmiennym przekroju, w cylindrycznej części kanału powietrza wtórnego zabudowane na szerokości kanału powietrza wtórnego regulowane kierownice nadające strumieniowi powietrza wtórnego ruch śrubowy, a na wylocie z dyszy o zmiennym przekroju powietrza wtórnego zabudowaną część stożkową zwężającą się w kierunku wylotu z dyszy, na wejściu do cylindrycznej części dyszy powietrza trzeciego posiada zabudowane stycznie do cylindrycznej części kanału powietrza trzeciego co najmniej jedną dyszę o zmiennym przekroju, w cylindrycznej części kanału zabudowane regulowane kierownice nadające strumieniowi powietrza trzeciego ruch śrubowy. Dysze o zmiennym przekroju zabudowane w kanale powietrza wtórnego i w kanale powietrza trzeciego posiadają jedną ściankę stałą, drugą ściankę uchylną w postaci kierownic zmieniających przekrój wylotowy dysz.

Regulowane kierownice na wejściu do cylindrycznej części kanału powietrza wtórnego są zabudowane w postaci palisady kierownic nadających strumieniowi powietrza wtórnego ruch śrubowy. Regulowane kierownice na wejściu do cylindrycznej części kanału powietrza trzeciego są zabudowane w postaci palisady kierownic nadających strumieniowi powietrza trzeciego ruch śrubowy.

Zabudowane blisko wylotu poziomego pyłoprzewodu mieszanki pyło-powietrznej, na wewnętrznym obwodzie stożkowej dyszy wylotowej koncentratory o przekroju kołowym umożliwiają zróżnicowanie koncentracji mieszanki pyło-powietrznej przed wejściem jej do komory paleniskowej.

Powietrze wtórne według wynalazku opuszcza dyszę powietrza wtórnego z dużą prędkością obwodową, tworząc szerokokątny stożek powietrza wtórnego, mieszający się z opóźnieniem ze stożkiem mieszanki pyło-powietrznej o zróżnicowanej koncentracji pyłu węglowego. Powietrze trzecie według wynalazku opuszcza dyszę powietrza trzeciego z dużą prędkością obwodową, tworząc szerokokątny stożek powietrza trzeciego większy niż stożek powietrza wtórnego, mieszając się z opóźnieniem z produktami spalania.

Niezależnie od stopnia otwarcia dysz o zmiennym przekroju, prędkości obwodowe powietrza drugiego i trzeciego są wysokie. W każdym palniku zabudowana jest przynamniej jedna dysza o zmiennym przekroju powietrza wtórnego oraz powietrza trzeciego. Palniki niskoemisyjne według

PL 210 374 B1 wynalazku posiadają podwyższoną dynamikę zawirowania powietrza wtórnego drugiego i trzeciego niezależnie od chwilowej wydajności pyłowej. Palniki niskoemisyjne według wynalazku, niezależnie od chwilowej wydajności pyłowej charakteryzują się szerokokątnym krótkim płomieniem w kształcie stożka, daleko od ścian komory paleniskowej.

Sposób i urządzenie według wynalazku umożliwiają precyzyjną regulację ilości powietrza przy zachowaniu wysokiej dynamiki zawirowania co jest szczególnie przydatne w instalacjach niskoemisyjnych z emisjami 200 - 300 mg/Nm³. Rozwiązanie według wynalazku umożliwia łatwą adaptację podwyższonej dynamiki zawirowania powietrza w palnikach niskoemisyjnych różnych typów. Krótki bardzo stabilny płomień pozwala na znaczne zaniżenie mocy bloku. Sposób według wynalazku oraz urządzenie według wynalazku umożliwiają uzyskiwanie niskich emisji NOx z równoczesną dużą odpornością elementów na erozję pyłu węglowego.

Wynalazek został uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój pionowy przez palnik niskoemisyjny z urządzeniem do podwyższenia dynamiki zawirowania powietrza, fig. 2 - przekrój pionowy A - A na fig. 1 w miejscu zabudowy dyszy o zmiennym przekroju w przewodzie powietrza wtórnego, fig. 3 - przekrój pionowy B - B na fig. 1 w miejscu zabudowy dyszy o zmiennym przekroju w przewodzie powietrza trzeciego, fig. 4 - przekrój C - C na fig. 2 przez regulowane kierownice w kanale powietrza wtórnego, fig. 5 - przekrój D - D na fig. 3 przez regulowane kierownice w kanale powietrza trzeciego. Palnik niskoemisyjny z urządzeniem do podwyższenia dynamiki zawirowania powietrza według wynalazku zgodnie z fig. 1 zawiera współosiowo zabudowany kanał powietrza wtórnego 1 i kanał powietrza trzeciego 2 wokół kanału mieszanki pyło-powietrznej 3.

W dobranej optymalnej dla danego palnika odległości od wylotu dyszy pyłowej, zabudowany jest osiowo w kanale mieszanki pyło-powietrznej 3, osiowy zawirowywacz pyłu 4 nadający strudze mieszanki pyło-powietrznej ruch śrubowy. Blisko wylotu mieszanki pyło-powietrznej 3 zabudowane są na wewnętrznym obwodzie stożkowej dyszy 5 koncentratory 6 o przekroju kołowym, zagęszczające mieszankę pyło-powietrzną. Na wejściu do cylindrycznej części dyszy powietrza wtórnego jak to uwidoczniono na fig. 1 i fig. 2, zabudowane są stycznie do cylindrycznej części kanału powietrza wtórnego i według przykładu wykonania cztery dysze o zmiennym przekroju 7. W cylindrycznej części kanału powietrza wtórnego 1, u wylotu dysz o zmiennym przekroju 7 zabudowane są regulowane kierownice 8 nadające strumieniowi powietrza wtórnego ruch śrubowy w kierunku wylotu do komory kotła. Na wylocie z dyszy 7 o zmiennym przekroju zabudowana jest część stożkowa 9 kanału powietrza wtórnego zwężająca się w kierunku wylotu dyszy powietrza wtórnego. Na wejściu do cylindrycznej części kanału powietrza trzeciego 2 jak to uwidoczniono na fig. 1 i fig. 3 zabudowane są stycznie do cylindrycznej części kanału powietrza trzeciego 2 zgodnie z przykładem wykonania cztery dysze o zmiennym przekroju 10. W cylindrycznej części kanału powietrza trzeciego zabudowane są u wylotu tych dysz regulowane kierownice 11 nadające strumieniowi powietrza trzeciego 2 ruch śrubowy. Na wylocie z dyszy powietrza trzeciego zabudowana jest część stożkowa 12 w postaci odwróconego stożka gardzieli palnika.

Dysza 7 o zmiennym przekroju zabudowana w kanale powietrza wtórnego 1 i dysza 10 o zmiennym przekroju zabudowana w kanale powietrza trzeciego 2 posiadają jedną ściankę stałą 13, drugą ściankę uchylną 14, w postaci kierownic zmieniających przekrój wylotowy dysz 7 i 10 o zmiennym przekroju. Regulowane kierownice 8 na wejściu do cylindrycznej części kanału powietrza wtórnego 1 zabudowane są jak przedstawiono na fig. 4 w postaci palisady kierownic 8 rozmieszczonych na szerokości przewodu powietrza wtórnego 1, nadających strumieniowi powietrza wtórnego ruch śrubowy w kierunku wylotu palnika.

Regulowane kierownice 11 na wejściu do cylindrycznej części kanału powietrza trzeciego 2 są zabudowane w postaci palisady kierownic 11 rozmieszczonych na szerokości kanału powietrza trzeciego 2, nadających strumieniowi powietrza trzeciego ruch śrubowy w kierunku wylotu palnika. Wokół strumienia zawirowanej mieszanki pyło-powietrznej wprowadza się zawirowany strumień powietrza wtórnego i zawirowany strumień powietrza trzeciego. W wybranym miejscu cylindrycznej części kanału mieszanki pyło-powietrznej 3 strumień mieszanki pyło-powietrznej poddaje się zawirowaniu z nadaniem ruchu śrubowego w stronę wylotu palnika. Przed wejściem strumienia mieszanki pyłopowietrznej do komory paleniskowej poddaje się go zróżnicowaniu koncentracji pyłu, po przejściu przez koncentratory 6 o przekroju kołowym. Mieszankę pyło-powietrzną wprowadza się do komory paleniskowej rozszerzonymi strumieniami, o zróżnicowanej koncentracji, ruchem śrubowym, w postaci szerokokątnego stożka.

PL 210 374 B1

Strumień powietrza wtórnego wprowadza się zgodnie z przykładem wykonania poprzez cztery dysze 7 o zmiennym przekroju stycznie do cylindrycznej części kanału powietrza wtórnego 1, ukierunkowuje się śrubowo przez regulowane kierownice 8 tuż za dyszami 8 poprzez zwężającą się w kierunku wylotu kanału część stożkową 9 i wprowadza się do komory paleniskowej ruchem śrubowym ze zwiększoną prędkością obwodową wiru, w kształcie szerokokątnego stożka wokół strumienia mieszanki pyło-powietrznej. Strumień powietrza wtórnego miesza się z opóźnieniem ze stożkiem strugi mieszanki pyło-powietrznej o zróżnicowanej koncentracji pyłu.

Strumień powietrza trzeciego wprowadza się poprzez cztery dysze 10 o zmiennym przekroju stycznie do cylindrycznej części kanału powietrza trzeciego 2, ukierunkowuje się śrubowo przez regulowane kierownice 11 na wylocie z dysz 10 o zmiennym przekroju i wprowadza się ruchem śrubowym do zwężającego się w kierunku wylotu kanału powietrza trzeciego 2. Następnie strumień powietrza trzeciego wprowadza się do komory paleniskowej ze zwiększoną prędkością obwodową wiru z nadanym ruchem śrubowym, w postaci bardziej szerokokątnego stożka powietrza trzeciego niż stożka powietrza wtórnego i stożka mieszanki pyło-powietrznej, tworząc wachlarz strumieni 15. Ilość powietrza wtórnego i ilość powietrza trzeciego reguluje się stopniem otwarcia dysz 7 i 10 o zmiennym przekroju w kanale powietrza wtórnego 1 i w kanale powietrza trzeciego 2.

Claims (7)

1. Sposób podwyższenia dynamiki zawirowania powietrza w palniku niskoemisyjnym, gdzie wokół strumienia zawirowanej, ujednorodnionej mieszanki pyło-powietrznej wprowadza się zawirowany strumień powietrza wtórnego i zawirowany strumień powietrza trzeciego, przed wejściem do komory paleniskowej zawirowaną mieszankę pyło-powietrzną poddaje się zróżnicowaniu koncentracji po przejściu przez koncentratory, po czym wprowadza się ją do komory paleniskowej rozszerzonymi strumieniami ruchem śrubowym w postaci stożka, znamienny tym, że strumień powietrza wtórnego wprowadza się poprzez co najmniej jedną dyszę (7) o zmiennym przekroju stycznie do cylindrycznej części kanału powietrza wtórnego (1), ukierunkowuje się śrubowo przez regulowane kierownice (8) tuż za dyszami (7) poprzez zwężającą się część stożkową (9) w kierunku wylotu kanału i wprowadza się do komory paleniskowej ruchem śrubowym ze zwiększoną prędkością obwodową wiru w kształcie szerokokątnego stożka wokół strumienia mieszanki pyło-powietrznej i miesza się z opóźnieniem ze stożkiem strugi mieszanki pyło-powietrznej o zróżnicowanej koncentracji pyłu, strumień powietrza trzeciego wprowadza się poprzez dysze (10) o zmiennym przekroju stycznie do cylindrycznej części kanału powietrza trzeciego (2), ukierunkowuje się śrubowo przez regulowane kierownice (11) na wylocie z dysz (10) o zmiennym przekroju i wprowadza się ruchem śrubowym do zwężającego się w kierunku wylotu kanału powietrza trzeciego (2), a następnie do komory paleniskowej ze zwiększoną prędkością obwodową wiru z nadanym ruchem śrubowym w postaci bardziej szerokokątnego stożka powietrza trzeciego niż stożek powietrza wtórnego i stożek mieszanki pyło-powietrznej, tworząc wachlarz strumieni (15).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ilość powietrza wtórnego reguluje się stopniem otwarcia dysz (7) o zmiennym przekroju.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ilość powietrza trzeciego reguluje się stopniem otwarcia dyszy (10) o zmiennym przekroju.

4. Urządzenie do podwyższenia dynamiki zawirowania powietrza w palniku niskoemisyjnym, zawierającym współosiowo zabudowane kanały powietrza wtórnego i powietrza trzeciego wokół kanału mieszanki pyło-powietrznej, w kanale mieszanki pyło-powietrznej zawirowywacz pyłu, blisko wylotu mieszanki pyło-powietrznej zabudowane koncentratory zagęszczające mieszankę pyło-powietrzną, w kanałach powietrza wtórnego i powietrza trzeciego zabudowane zawirowywacze powietrza, wyloty kanałów mieszanki pyło-powietrznej, powietrza wtórnego i powietrza trzeciego zakończone stożkami wylotowymi, znamienne tym, że posiada koncentratory (6) o przekroju kołowym zagęszczające mieszankę pyło-powietrzną zabudowane na wewnętrznym obwodzie stożkowej dyszy (5), na wejściu do cylindrycznej części dyszy powietrza wtórnego posiada zabudowaną stycznie do cylindrycznej części kanału powietrza wtórnego (1) co najmniej jedną dyszę (7) o zmiennym przekroju, w cylindrycznej części kanału powietrza wtórnego (1) zabudowane na szerokości kanału powietrza wtórnego (1) regulowane kierownice (8) nadające strumieniowi powietrza wtórnego ruch śrubowy, a na wylocie z dyszy (7) o zmiennym przekroju powietrza wtórnego zabudowaną część stożkową (9) zwężającą się w kie6

PL 210 374 B1 runku wylotu z dyszy, na wejściu do cylindrycznej części dyszy powietrza trzeciego posiada zabudowane stycznie do cylindrycznej części kanału powietrza trzeciego (2) co najmniej jedną dyszę (10) o zmiennym przekroju, w cylindrycznej części kanału powietrza trzeciego (2) zabudowane regulowane kierownice (11) nadające strumieniowi powietrza trzeciego ruch śrubowy.

5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że dysza (7) o zmiennym przekroju zabudowana w kanale powietrza wtórnego (1) i dysza (10) o zmiennym przekroju zabudowana w kanale powietrza trzeciego (2) posiadają jedną ściankę stałą (13), drugą ściankę uchylną (14), w postaci kierownic zmieniających przekrój wylotowy dysz (7) i dysz (10).

6. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że regulowane kierownice (8) na wejściu do cylindrycznej części kanału powietrza wtórnego (1) są zabudowane w postaci palisady kierownic (8) nadających strumieniowi powietrza ruch śrubowy.

7. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że regulowane kierownice (1) na wejściu do cylindrycznej części kanału powietrza trzeciego (2) są zabudowane w postaci palisady kierownic (11) nadających strumieniowi powietrza trzeciego ruch śrubowy.