PL221934B1 - Sposób i palnik wirowy do niskoemisyjnego współspalania rozdrobnionej biomasy z pyłem węglowym w kotle energetycznym - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku są sposób i palnik wirowy do niskoemisyjnego współspalania rozdrobnionej biomasy z pyłem węglowym w kotle energetycznym przeznaczone zwłaszcza do palników wirowych o słabym zawirowaniu.

Znane jest ze stosowania w praktyce ciepłowniczej wykorzystanie niskoemisyjnych palników wirowych do współspalania rozdrobnionej biomasy z pyłem węglowym, które różnią się miejscem, stopniem i sposobem mieszania rozdrobnionej biomasy z pyłem węglowym stanowiącym paliwo główne. Na przykład znane z polskiego opisu patentowego PL 195 937 rozwiązanie, w którym pył węglowy i rozdrobniona biomasa o zawartości wilgoci od 10-40% są doprowadzane osobnymi przewodami a zmieszanie paliw odbywa się przez pierścień stabilizujący, służący do zapalenia i stabilizacji płomienia, bezpośrednio, przed zapłonem płomienia lub przed doprowadzeniem pyłu węglowego do palnika. W japońskim opisie patentowym JP 2009168315 firmy japońskiej BABCOCK HITACHI IND CO, wymieszanie rozdrobnionej biomasy z pyłem węglowym następuje przed palnikiem, przy czym przewód transportujący biomasę jest wyposażony w elementy zwężające pole przekroju poprzecznego. Dzięki temu strumień rozdrobnionej biomasy po przejściu przez przewężenie przewodu uzyskuje zwiększoną prędkość, po czym wypływa prostopadle do przewodu mieszaniny pyłowo-powietrznej mieszając się efektywnie z paliwem głównym. W rozwiązaniu opisanym w opisie patentowym USA nr 6986311 amerykańskiej firmy JOEL VATSKY system palnikowy zawiera iniektor paliwa, w którym następuje wymieszanie dwu rodzajów paliw stałych, spalanych następnie w komorze paleniskowej kotła energetycznego. System palnikowy zawiera dwa oddzielne przewody transportujące paliwo pierwsze w postaci rozdrobnionej biomasy, paliwo drugie w postaci pyłu węglowego, przy czym przy wylocie przewodu transportującego biomasę znajdują się elementy mechaniczne, na których następuje rozproszenie strumienia paliwa i skierowanie go w stronę położenia drugiego strumienia paliwa w postaci pyłu węglowego w celu wymieszania objętościowego. System palnikowy zawiera dodatkową koncentryczną rurę przeznaczoną do zainstalowania palnika rozpałkowego. Ponadto znane jest wykorzystanie elementów palnika wirowego do spalania rozdrobnionej biomasy w kotle energetycznym, takich jak rozdzielacz stożkowy umieszczony na rurze doprowadzającej rozdrobnioną biomasę, opisanego w polskim opisie patentowym PL .... (P-397841) do współspalania rozdrobnionej biomasy z pyłem węglowym.

Opisane rozwiązania nie zapewniają zbliżonych poziomów koncentracji pyłu biomasowego i pyłu węglowego, co powoduje osadzanie pyłu biomasowego na wewnętrznych elementach palnika oraz niecałkowite wypalenie biomasy skutkujące niską efektywnością procesu spalania.

Istota sposobu niskoemisyjnego współspalania rozdrobnionej biomasy z pyłem węglowym w palniku wirowym kotła energetycznego, wykorzystującego proces mieszania strugi rozdrobnionej biomasy ze strugą pyłu węglowego oraz zapłon paliwa bezpośrednio za wylotem palnika w komorze paleniskowej według wynalazku polega na tym, że strumień rozdrobnionej biomasy wprowadzonej do palnika przewodem transportującym rozdrobnionej biomasy, jest dzielony na dwa strumienie o różnej koncentracji, na strumień pomocniczy o podwyższonej koncentracji biomasy od 2 KG/m³ do 5 KG/m³, który transportowany jest w osi poziomej palnika rurą rdzeniową oraz na strumień główny o niższej koncentracji biomasy od 0,4 KG/m³ do 1 KG/m³ wprowadzany do przewodu pyłu węglowego przez otwartą przestrzeń utworzoną między ścianą zewnętrzną rury rdzeniowej i wewnętrzną ścianą przewodu doprowadzającego rozdrobnioną biomasę, usytuowanych wzajemnie koncentrycznie wewnątrz przewodu pyłu węglowego, po czym po wymieszaniu strumienia głównego rozdrobnionej biomasy z pyłem węglowym w przewodzie pyłu węglowego następuje w głównej strefie spalania komory paleniskowej bezpośrednio za wylotem palnika zapłon mieszaniny strumienia pomocniczego rozdrobnionej biomasy o podwyższonej koncentracji z wylotu rury rdzeniowej oraz z wylotu przewodu pyłowego strumienia pyłu węglowego wymieszanego z rozdrobnioną biomasą strumienia głównego o niższej koncentracji biomasy a ponadto poza główną strefą spalania w komorze paleniskowej następuje zapłon strumienia rozdrobnionej biomasy o podwyższonej koncentracji z rury rdzeniowej.

Istota niskoemisyjnego palnika wirowego do współspalania rozdrobnionej biomasy z pyłem węglowym, wykorzystującego usytuowane wzajemnie koncentrycznie osobne przewody doprowadzające pył węglowy i pył biomasowy, posiadającego strefę zapłonu położoną bezpośrednio za wylotem palnika, według wynalazku polega na tym, że w końcowej części przewodu doprowadzającego pył węglowy, zakończonej wlotem kolankowym jest osadzony koncentrycznie korzystnie na 1/3 jego długości przewód głównego strumienia rozdrobnionej biomasy o koncentracji 0,4 KG/m³-1 KG/m³, zakończony

PL 221 934 B1 ukośnym wlotem, przy czym w końcowej części przewodu doprowadzającego główny strumień rozdrobnionej biomasy jest osadzona koncentrycznie rura rdzeniowa wprowadzająca osiowo strumień pomocniczy rozdrobnionej biomasy o podwyższonej koncentracji od 2 KG/m³ do 5 KG/m³, usytuowana osiowo, koncentrycznie do przewodu doprowadzającego pył węglowy, zakończona stabilizatorem płomienia, ponadto przekrój poprzeczny przewodu doprowadzającego strumień główny rozdrobnionej biomasy jest większy od 1,2 do 1,6 razy od przekroju rury rdzeniowej połączonej z wlotem osiowym strumienia pomocniczego rozdrobnionej biomasy o wysokiej koncentracji, a pomiędzy ścianą wewnętrzną przewodu doprowadzającego strumień główny rozdrobnionej biomasy i ścianą zewnętrzną rury rdzeniowej doprowadzającej strumień pomocniczy rozdrobnionej biomasy, znajduje się przestrzeń otwarta.

Zaletą wynalazku jest zapewnienie łatwej adaptacji palników na pył węglowy do współspalania biomasy z pyłem węglowym, co przy obecnym wzroście znaczenia paliw alternatywnych czyni przedstawione rozwiązanie atrakcyjnym zarówno od strony technicznej jak i ekonomicznej.

Wynalazek został uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym schematycznie zasadę współspalania pyłu węglowego i rozdrobnionej biomasy oraz palnik wirowy do współspalania pyłu i rozdrobnionej biomasy w przekroju podłużnym.

Sposób niskoemisyjnego współspalania rozdrobnionej biomasy z pyłem węglowym w komorze paleniskowej kotła energetycznego polega według wynalazku na podziale strumienia rozdrobnionej biomasy na dwa strumienie o różnej koncentracji wprowadzonego pyłu biomasowego, głównego strumienia rozdrobnionej biomasy transportowanego przewodem rozdrobnionej biomasy 2 o koncentracji

3

0,4-1 KG/m , przykładowo o koncentracji 0,7 KG/m oraz strumień pomocniczy o podwyższonej kon33 centracji 2-5 KG/m , przykładowo 3,3 KG/m wprowadzony rurą rdzeniową 3 do końcowej części przewodu strumienia głównego rozdrobnionej biomasy 2. Średnica przekroju poprzecznego rury rdzeniowej 3 jest mniejsza od 1,2 do 1,6 od średnicy przekroju poprzecznego przewodu transportującego strumień główny rozdrobnionej biomasy 2 tworząc między ścianą końcowej części przewodu 2 a ścianą rury rdzeniowej 3 przestrzeń otwartą PP. Dzięki wytworzonej przestrzeni otwartej PP około 50% rozdrobnionej biomasy o niższej koncentracji przykładowo 0,7 KG/m³ jest wprowadzone do przewodu pyłu węglowego 1. Paliwo biomasowe opuszczając otwartą przestrzeń PP wskutek różnicy ciśnień zwiększa prędkość przepływu poprawiając wymieszanie z pyłem węglowym w przewodzie pyłu węglowego 1. Pozostała część strumienia pyłu biomasowego jest transportowana wewnątrz rury rdzeniowej 3, mocującej stabilizator płomienia 4. Wymieszanie strumienia mieszaniny pyłu węglowego i rozdrobnionej biomasy o koncentracji 0,7 KG/m z przewodu 2 ze strumieniem skoncentrowanego pyłu biomasowego o koncentracji 3,3 KG/m z rury rdzeniowej 3, następuje poza palnikiem w komorze paleniskowej KS kotła energetycznego. Strumień rozdrobnionej biomasy wymieszany z pyłem węglowym w przewodzie 1 trafia na stabilizator 4 i rozpyla się w pobliżu wylotu palnika. Natomiast strumień biomasy o podwyższonej koncentracji 3,3 KG/m transportowany rurą rdzeniową 3 jest wprowadzony do komory paleniskowej KS gdzie ulega zapłonowi poza strefą spalania pyłu węglowego.

Według wynalazku palnik wirowy komory paleniskowej KS do niskoemisyjnego spalania pyłu węglowego posiada przewód transportu pyłu węglowego 1, do którego pył węglowy wprowadza się wlotem kolankowym WK. Na 1/10-1/2 długości przewodu pyłu węglowego 1 przykładowo na 1/3 długości, w końcowej jego części jest osadzony koncentrycznie przewód transportu strumienia głównego ₃ rozdrobnionej biomasy 2 o koncentracji 0,4 KG/m , zakończony osiowym wlotem WS. W końcowej części przewodu transportu strumienia głównego rozdrobnionej biomasy 2 na 1/3 długości jest usytuowana koncentrycznie do przewodu transportu pyłu węglowego 1 rura rdzeniowa 3 do transportu pomocniczego strumienia pyłu biomasowego o koncentracji 3,3 KG/m³. Średnica przekroju poprzecznego rury rdzeniowej 3 jest mniejsza o 1,2 do 1,6, przykładowo 1,4 średnicy przekroju poprzecznego przewodu 2 transportu strumienia głównego rozdrobnionej biomasy o mniejszej koncentracji, wytwarzając według wynalazku po obu stronach rury rdzeniowej 3, między jej ścianą zewnętrzną a wewnętrzną ścianą przewodu transportującego strumień główny rozdrobnionej biomasy 2, otwartą przestrzeń PP w kształcie przykładowo pierścienia. W wylocie rury rdzeniowej 3 transportującej strumień pomocniczy pyłu biomasowego o podwyższonej koncentracji 3,3 KG/m³ osadzony jest stabilizator płomienia 4.

Podział strumienia biomasy na dwa strumienie o różnej koncentracji oraz osobne ich wprowadzenie do komory paleniskowej KS, powoduje rozciągnięcie płomienia biomasowego, co wpływa korzystnie na przebieg spalania pyłu węglowego, ponieważ zbyt duże skoncentrowanie pyłu biomasy w pobliżu płomienia palnika obniża stężenie utleniacza.

PL 221 934 B1

Zaletą palnika według wynalazku jest obniżenie koncentracji biomasy w przewodzie transportu pyłu węglowego 1 do wartości pyłu węglowego, co ogranicza osadzanie pyłu biomasowego na wewnętrznych elementach palnika. Ponadto wstępne częściowe wymieszanie strumieni paliw, pyłu węglowego i rozdrobnionej biomasy w przewodzie transportu pyłu węglowego 1 zwiększa wypalenie biomasy.

Claims (2)

1. Sposób niskoemisyjnego współspalania rozdrobnionej biomasy z pyłem węglowym w palniku wirowym kotła energetycznego wykorzystujący proces mieszania strugi rozdrobnionej biomasy ze strugą pyłu węglowego oraz zapłon paliwa w komorze paleniskowej bezpośrednio za wylotem palnika, znamienny tym, że strumień rozdrobnionej biomasy wprowadzonej do palnika przewodem transportującym (2) jest dzielony na dwa strumienie o różnej koncentracji, na strumień pomocniczy o podwyższonej koncentracji od 2 KG/m³ do 5 KG/m³, który transportowany jest w osi poziomej palnika rurą rdzeniową (3) oraz na strumień główny o niższej koncentracji od 0,4 KG/m do 1 KG/m wprowadzony do przewodu pyłu węglowego (1) przez otwartą przestrzeń (PP) utworzoną między ścianą zewnętrzną rury rdzeniowej (3) i wewnętrzną ścianą przewodu doprowadzającego rozdrobnioną biomasę (2), usytuowanych wzajemnie koncentrycznie wewnątrz przewodu pyłu węglowego (1), po czym po wymieszaniu strumienia głównego rozdrobnionej biomasy z pyłem węglowym w przewodzie pyłu węglowego (1) następuje w głównej strefie spalania komory paleniskowej (KS) bezpośrednio za wylotem (W) palnika zapłon mieszaniny strumienia pomocniczego rozdrobnionej biomasy z wylotu rury rdzeniowej (3) oraz mieszaniny pyłu węglowego i rozdrobnionej biomasy strumienia głównego z wylotu przewodu (1), ponadto poza główną strefą spalania komory paleniskowej (KS) zapłonu rozdrobnionej biomasy z wylotu rury rdzeniowej (3).

2. Niskoemisyjny palnik wirowy do współspalania rozdrobnionej biomasy z pyłem węglowym w kotle energetycznym, zawierający usytuowane wzajemnie koncentrycznie osobne przewody doprowadzające pył węglowy i pył biomasowy charakteryzujący się strefą zapłonu położoną za wylotem palnika, znamienny tym, że w końcowej części przewodu transportującego pył węglowy (1) z wlotem kolankowym (WK) jest usytuowany koncentrycznie korzystnie na 1/3 jego długości przewód transportujący rozdrobnioną biomasę (2) osiowym wlotem (WS), przy czym w końcowej części przewodu transportującego rozdrobnioną biomasę (2) na 1/2, korzystnie na 1/3 jego długości jest osadzona koncentrycznie do przewodu pyłu węglowego (1) rura rdzeniowa (3) osiowego transportu pomocniczego strumienia rozdrobnionej biomasy o podwyższonej koncentracji zakończona stabilizatorem płomienia (4) zainstalowanym na wylocie palnika, ponadto średnica przekroju poprzecznego przewodu transportującego strumień główny rozdrobnionej biomasy (2) stanowi 1,2 do 1,6 średnicy przekroju poprzecznego rury rdzeniowej (3) transportującej strumień pomocniczy o podwyższonej koncentracji rozdrobnionej biomasy, przy czym pomiędzy ścianą wewnętrzną przewodu transportującego strumień główny rozdrobnionej biomasy (2) a ścianą zewnętrzną rury rdzeniowej (3) transportującej strumień pomocniczy rozdrobnionej biomasy o podwyższonej koncentracji znajduje się przestrzeń otwarta (PP) zapewniająca przepływ korzystnie około 50% strumienia rozdrobnionej biomasy do przewodu transportującego pył węglowy (1).