PL211944B1 - Palnik kotła energetycznego do spalania rozdrobnionej biomasy - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest palnik kotła energetycznego do spalania rozdrobnionej biomasy znajdujący zastosowanie w kotłach energetycznych przeznaczonych wyłącznie do spalania biomasy oraz jako palnik dodatkowy w kotłach węglowych pyłowych oraz rusztowych.

Znane są różne rozwiązania wirowych palników pyłowych zapewniające optymalne spalanie pyłu węglowego jak na przykład pyłowy palnik wirowy opisany w opisie RFN nr 3 027 587 DB posiadający w dyszy pyłowo-powietrznej współosiową rurę wyposażoną w przestrzeni obwodowej w przegrody rozbijające strumień mieszaniny pyłowo-powietrznej na strumienie cząstkowe. Powietrze wtórne doprowadzane jest przez dysze de LAVALA lub dysze powietrza wtórnego. Dzięki zwiększeniu kontaktu mieszaniny pyłowo-powietrznej z powietrzem wtórnym zwiększona zostaje stabilność procesu spalania pyłu. Znana jest z polskiego opisu patentowego nr 165 761 konstrukcja wirowego palnika pyłowego wyposażonego w dwie współśrodkowe dysze powietrza wtórnego, zewnętrzną i wewnętrzną z zawirowywaczami powietrza wtórnego oraz dyszę pyłowo-powietrzną z wewnętrzną rurą, na której jest osadzony rozdzielacz krzyżowy, przy czym między dyszą pyłowo-powietrzną a dyszami powietrza wtórnego wewnętrzną i zewnętrzną znajduje się pierścieniowa przestrzeń separująca. Opisane rozwiązania są przeznaczone do spalania pyłu węglowego, natomiast rozdrobniona biomasa charakteryzująca się słabszym niż pył węglowy stopniem rozdrobnienia oraz znaczną zawartością wilgoci nie zapewniają kontroli płomienia a zwłaszcza utrzymania optymalnego dystansu frontu płomienia od końcówki dyszy palnika. Znane są zarówno przypadki występowania płomieni uniesionych o zbyt dalekim odsunięciu płomienia za palnikiem, prowadzące nawet do wygaszania kotła, jak również znane są przypadki występowania zbyt bliskiego płomienia za palnikiem prowadzącego do spalenia końcówki palnika. Znane są ze stosowania w energetyce, przypadki wykorzystania do spalania pyłu węglowego łączonego z biomasą konstrukcji wirowych palników pyłowych. W przypadku zastępowania typowych wirowych palników pyłowych wyposażonych w łopatkowe zawirowywacze mieszanki paliwowo-powietrznej oraz zawirowywacze powietrza wtórnego, spalaniu towarzyszy zatykanie przestrzeni międzyłopatkowych gruboziarnistym pyłem z biomasy zwłaszcza w palnikach mniejszej mocy.

Istota palnika do spalania rozdrobnionej biomasy według wynalazku polega na wyposażeniu pyłowego palnika wirowego w trzy współosiowe rury, rurę zewnętrzną powietrza wtórnego na wylocie której znajdują się zawirowywacz łopatkowy, a wewnątrz której znajduje się współśrodkowa rura pyłomieszanki a w środku niej rura rdzeniowa z końcówką rozszerzoną stożkowo, przy czym kąt tworzącej stożka zawiera się w granicach od 10° do 25° a stosunek średnicy rury rdzeniowej do średnicy zewnętrznej rury powietrza wtórnego zawiera się w przedziale od 0,3 do 0,5 przy czym kąt łopatek zawirowywacza łopatkowego zawiera się w przedziale 30°- 40°.

Zaletą palnika według wynalazku jest generowanie silnej strefy recyrkulacyjnej wewnętrznej gorących spalin, stabilizującej zapłon paliwa. Zastąpienie zawirowywacza łopatkowego mieszaniny pyłowej stożkowym zakończeniem rury rdzeniowej zabezpiecza palnik przed zatykaniem kanału mieszanki paliwowo-powietrznej niespaloną biomasą a zwłaszcza przestrzeni międzyłopatkowych.

Wynalazek został bliżej objaśniony w oparciu o rysunek, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie konstrukcję wirowego palnika pyłowego do spalania rozdrobnionej biomasy a fig. 2 jego schemat kształtujący strefę zapłonu palnika a fig. 3 rzut z góry na łopatkę zawirowywacza powietrza.

W kotle energetycznym OR-32 do spalania pyłu drzewnego ze szlifowania płyt pilśniowych zainstalowano dwa palniki według wynalazku umieszczone na ścianach bocznych w odległości 1,8 m od przedniej ściany i 1,8 m powyżej rusztu. Zawirowywacze powietrza wtórnego 5 są umieszczone po lewej i prawej ścianie kotła. Nominalna moc cieplna palnika wynosi 2 MW. Zapłon palnika następuje, jeśli w strefie przypalnikowej temperatura wynosi około 750°C. Palnik pyłowy, wirowy składa się z trzech współosiowych rur 1, 2, 3. Rura zewnętrzna 1 doprowadza do palnika powietrze wtórne, wewnątrz niej znajduje się koncentrycznie osadzona rura pyłomieszanki 2 a w jej osi znajduje się rura rdzeniowa 3, którą na skutek podciśnienia w komorze paleniskowej płynie niewielka ilość powietrza chłodzącego. Zawirowywacze łopatkowe 5 posiadają łopatki 6 odchylone o kąt <a w przedziale 30° do 40° przykładowo 35°, usytuowane są na wylocie rury powietrza wtórnego 1 powodując powstanie siły odśrodkowej, odrzucającej powietrze od osi palnika. Wywołuje to powstanie podciśnienia w strefie wokół osi palnika i zasysanie gorących spalin w pobliżu dyszy pyłowej 2, wytwarzając strefę recyrkulacji rozbudowaną aerodynamicznie, która inicjuje proces zapłonu paliwa i stabilizuje spalanie w pobliżu wylotu palnika.

PL 211 944 B1

Według wynalazku rura rdzeniowa 3 posiada na końcu rozszerzenie w postaci stożka 4. Opływ końcówki stożkowej 4 przez mieszankę paliwowo-powietrzną wytwarza zawirowanie strugi mieszanki współdziałające ze strefą recyrkulacji wytworzonej przez zawirowywacz 5 powietrza wtórnego. Średnica zewnętrzna Dzs końcówki stożkowej 4 rury rdzeniowej 3 jest tak dobrana, że krawędź spływu zakończenia stożkowego 4 przysłania połowę przestrzeni kanału paliwowo-powietrznego. Kąt <β tworzącej stożka 4 zawiera się w przedziale kątowym od 10° do 25° przykładowo 15°, a stosunek średnicy D3 rury rdzeniowej 3 do średnicy Di zewnętrznej rury 1 powietrza wtórnego zawiera się w granicach 0,3 do 0,5 przykładowo wynosi 0,4.

Claims (1)

1. Palnik kotła energetycznego do spalania rozdrobnionej biomasy, wykorzystujący wirowy palnik pyłowy wyposażony we współśrodkowe rury, zewnętrzną powietrza wtórnego oraz drugą pyłomieszanki z koncentrycznie osadzoną w niej trzecią rurą, znamienny tym, że na wylocie zewnętrznej rury (1 powietrza wtórnego znajduje się zawirowywacz łopatkowy (5), którego łopatki (6) tworzą kąt (<la) od 30° do 40° a znajdująca się wewnątrz rury pyłomieszanki (2) rura rdzeniowa (3) posiada końcówkę rozszerzoną stożkowo (4), przy czym kąt (<β) tworzącej stożka (4) zawiera się w przedziale wartości kątowych od 10° do 25° a stosunek średnicy (D3) rury rdzeniowej (3) do średnicy (D) zewnętrznej rury powietrza wtórnego (1) zawiera się w granicach 0,3 do 0,5.