PL224446B1 - Palnik i sposób spalania zawiesin wodno-węglowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest palnik gazowy do spalania zawiesin wodno-węglowych oraz sposób spalania zawiesin wodno-węglowych.

Zawiesiny wodno-węglowe są w pełni bezpiecznym paliwem w stosowaniu (brak możliwości wybuchu pyłu węglowego) i zapewniają niższe od węgla poziomy emisji zanieczyszczeń podczas ich spalania. Zawiesiny wodno-węglowe można spalać w klasycznych kotłach olejowo-gazowych i węglowych.

Sposób otrzymywania zawiesin wodno-węglowych oparty jest zwykle na konwencjonalnych metodach mielenia, które pozwalają otrzymać zawiesiny zawierające cząstki węgla o rozmiarach w granicach 50 mikrometrów. W procesach otrzymywania zawiesin wodno-węglowych najczęściej stosowane są młyny walcowe oraz młyny kulowe sprzężone z klasyfikatorami hydraulicznymi. Pobór energii przy zastosowaniu tego typu urządzeń jest wysoki a konsumpcja energii wynika z dużych jej strat w trakcie mielenia. Kłopotliwe są również zanieczyszczenia zawiesiny spowodowane zużywaniem elementów mielących. Intensywne prace doprowadziły jednak do konstrukcji młynów kulowych, które pozwalają na otrzymanie cząstek węgla o rozmiarze poniżej 30 gm z niższą konsumpcją energii.

Stabilne, nie sedymentujące zawiesiny wodno-węglowe, które można spalać w większości kotłów olejowo-gazowych i węglowych, można otrzymać mieląc wstępnie rozdrobniony na znanych urządzeniach węgiel lub miał węglowy, w młynach tarczowych mieląc w nich przygotowaną (poprzez mieszanie wody i węgla) zawiesinę o dowolnym żądanym stosunku wody do węgla. Otrzymywane są w ten sposób stabilne zawiesiny wodno-węglowe, w których faza stała nie sedymentuje nawet w okresie powyżej 1 miesiąca o rozmiarze ziaren węgla mikronizowanego metodą mielenia na mokro poniżej 20 pm. Tak głębokie rozdrobnienie węgla i co za tym idzie jego duża powierzchnia właściwa, ułatwia atomizację zawiesin wodno-węglowych i umożliwia bardziej dynamiczny proces ich spalania oraz przyczynia się do skutecznego utleniania frakcji mineralnej, minimalizacji ilości popiołów, a także zmniejszenia emisji toksycznych produktów w gazach spalinowych, przy jednoczesnej prostocie urządzenia i lepszej ekonomii.

Z polskiego opisu patentowego nr 155 391 znany jest palnik do spalania ciężkich paliw ciekłych z rozpylaczem paliwa zawierającym zawirowywacz paliwa w postaci cylindrycznego plasterka z naciętymi od zewnątrz śrubowymi kanałami.

Z chińskiego opisu patentowego CN2534471 znane jest urządzenie do współspalania zawiesin wodno-węglowych zawierające komorę, do której doprowadzane jest powietrze oraz palnik do spalania mieszaniny wodno-węglowej i palnik do spalania gazu ziemnego umieszczony po zewnętrznej stronie palnika do spalania mieszaniny wodno-węglowej.

Palnik gazowy do spalania zawiesin wodno-węglowych, zawierający dyszę dozującą zawiesinę wodno-węglową według wynalazku charakteryzuje się tym, że dysza dozująca zawiesinę wodnowęglową, zawiera przyłącz paliwa wodno-węglowego oraz przyłącz powietrza do atomizacji umieszczone równolegle w stosunku do siebie, przy czym dysza umieszczona jest w dolnej części tarczy piętrzącej gazu, a ponadto palnik zawiera przepustnicę regulującą ilość gazu dodawanego do palnika oraz przepustnicę powietrza do spalania gazu.

Palnik zawiera pozycjoner przepustnic gazu i powietrza.

Palnik zawiera wentylator powietrza do spalania gazu.

Przedmiotem wynalazku jest także sposób spalania zawiesin wodno-węglowych polegający na tym, że zawiesinę wodno-węglową o rozmiarach ziaren węgla w zawiesinie zmielonej poniżej 20 pm, o zawartości węgla nie większej niż 91% wagowych, podaje się do dyszy dozującej zawiesinę wodno węglową poprzez przyłącz paliwa wodno-węglowego, pod ciśnieniem 2,5-3,5 bara, atomizując ją równocześnie powietrzem o ciśnieniu 2-4 barów podawanym do dyszy poprzez przyłącz powietrza do atomizacji.

Zawiesinę spala się w komorze spalania rozgrzanej przed spalaniem do temperatury co najmniej 950°C.

Współspalanie gazu i zawiesiny wodno-węglowej prowadzi się poprzez modulowanie charakterystyki pracy palnika polegające na płynnej regulacji wydajności przez zmianę przepływu gazu i ciśnienia powietrza do atomizacji.

Zaletą palnika jest jego prosta, zwarta konstrukcja umożliwiająca efektywne prowadzenie procesu spalania zawiesiny wodno-węglowej przy równoczesnym umożliwieniu zainicjowania spalania paliwa wodno-węglowego płomieniem spalanego w znany sposób gazu. Ponadto wynalazek umożliwia

PL 224 446 B1 zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych, zatem jest rozwiązaniem sprzyjającym ochronie środowiska. Pomiary emisji gazów odlotowych po spalaniu w urządzeniu według wynalazku zawiesin wodnowęglowych w instalacji doświadczalnej wykonywano za pomocą przenośnego analizatora spalin typu: GA40 TPlus firmy Madur, działającymi w oparciu o celki elektrochemiczne do pomiaru CO, NO, NO₂, SO₂ oraz pomiar IR dla CO₂. Na podstawie wyników emisji można stwierdzić, że spalanie zawiesin wodno-węglowych uzyskanych w wyniku mikronizacji węgla, pozwala na obniżenie emisji SO₂ do poziomu emisji tego gazu odpowiadającej spalaniu gazu ziemnego. Ponadto uzyskano około 25% obn iżenie emisji CO₂, 98% CO i 55% NO_x w stosunku do emisji w trakcie spalania węgla kamiennego.

Palnik będący przedmiotem wynalazku został przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia palnik, a fig. 2 przedstawia dyszę rozpylającą paliwa wodno-węglowego.

P r z y k ł a d 1

W dolnej części tarczy piętrzącej gazu 1 umieszczona jest dysza dozująca zawiesinę wodnowęglową 2. Palnik ponadto posiada przepustnicę 3 regulującą ilość gazu dodawanego do palnika, przepustnicę powietrza do spalania gazu 4, wentylator powietrza do spalania gazu 5, pozycjoner przepustnic gazu i powietrza 6. Natomiast dysza dozująca zawiesinę wodno-węglową 2 posiada przyłącz paliwa wodno-węglowego 7 oraz przyłącz powietrza do atomizacji 8. Zawiesina wodno-węglowa podawana jest do dyszy pompą ciśnieniową przez przyłącz paliwa wodno-węglowego 7, natomiast powietrze do rozpylania (atomizacji) paliwa wodno-węglowego podawane jest do dyszy przez przyłącz powietrza do atomizacji 8. Korzystne ciśnienie podawania zawiesiny wodno-węglowej wynosi 2,5-3,5 bara, natomiast powietrza do atomizacji 3-4 barów.

Spalanie zawiesiny następuje po uprzednim rozgrzaniu komory spalania przy zastosowaniu gazu ziemnego, a następnie współspalanie gazu i zawiesiny. Modulowana charakterystyka pracy palnika polega na płynnej regulacji wydajności przez zmianę przepływu gazu i ciśnienia powietrza do atomizacji.

Przepustnica 3 reguluje ilość gazu podawaną (pod ciśnieniem 500 milibarów) do palnika. Proporcje ilości gazu i powietrza używanego do spalania regulować można pozycjonerem przepustnic gazu i powietrza 6. Powietrze do pozycjonera 6 tłoczone jest wentylatorem 5 poprzez przepustnicę powietrza 4.

Sposób spalania mieszanin wodno-węglowych według wynalazku ilustrują następujące przykłady:

P r z y k ł a d 2

Nadawę zawierającą 8000 części wagowych miału węglowego o uziarnieniu 6 mm i 2000 części wagowych wody zmielono na doświadczalnym młynku tarczowym, otrzymując zawiesinę wodno-węglową, która w testach sedymentacji nie rozwarstwiała się po 1 miesiącu, zawierającą cząstki węgla o średnim uziarnieniu 19 mikrometrów. Zawiesinę spalano w palniku doświadczalnego pieca obrotowego, który wcześniej rozgrzano spalając gaz ziemny, stosując ciśnienie podawania zawiesiny wodno-węglowej 3 bary, oraz ciśnienie powietrza do atomizacji 3,5 bara. Zmierzony poziom emisji zanieczyszczeń podczas spalania zawiesiny wyniósł [mg/m ]: CO₂ - 2,50; CO - 21,20; NO_x - 35,30; SO₂ - 0,01.

P r z y k ł a d 3

Nadawę zawierającą 9100 części wagowych miału węglowego o uziarnieniu 5 mm i 900 części wagowych wody mielono na doświadczalnym młynku tarczowym, otrzymując zawiesinę wodno-węglową, która w testach sedymentacji nie rozwarstwiała się po 2 miesiącach, zawierającą cząstki węgla o średnim uziarnieniu 16 mikrometrów. Zawiesinę spalano w palniku doświadczalnego pieca obrotowego, który wcześniej rozgrzano spalając gaz ziemny, stosując ciśnienie podawania zawiesiny wodno-węglowej 3,5 bara, oraz ciśnienie powietrza do atomizacji 4 bary. Zmierzony poziom emisji ₃ zanieczyszczeń podczas spalania zawiesiny wyniósł [mg/m ]: CO₂ - 2,43; CO - 23,30; NO_x - 42,00; SO2 - 0,02.

Claims (6)

1. Palnik gazowy do spalania zawiesin wodno-węglowych, zawierający dyszę dozującą zawiesinę wodno-węglową, znamienny tym, że dysza dozująca zawiesinę wodno-węglową (2) zawiera przyłącz paliwa wodno-węglowego (7) oraz przyłącz powietrza do atomizacji (8) umieszczone równolegle w stosunku do siebie, przy czym dysza (2) umieszczona jest w dolnej części tarczy piętrzącej gazu (1),

PL 224 446 B1 a ponadto palnik zawiera przepustnicę (3) regulującą ilość gazu dodawanego do palnik a oraz przepustnicę powietrza do spalania gazu (4).

2. Palnik według zastrz. 2, znamienny tym, że zawiera pozycjoner przepustnic gazu i powietrza (6).

3. Palnik według dowolnego z poprzedzających zastrz., znamienny tym, że zawiera wentylator powietrza do spalania gazu (5).

4. Sposób spalania zawiesin wodno-węglowych, znamienny tym, że zawiesinę wodno-węglową o rozmiarach ziaren węgla w zawiesinie zmielonej poniżej 20 pm, o zawartości węgla nie większej niż 91% wagowych, podaje się do dyszy dozującej zawiesinę wodno-węglową (2) poprzez przyłącz paliwa wodno-węglowego (7), pod ciśnieniem 2,5-3,5 bara, atomizując ją równocześnie powietrzem o ciśnieniu 2-4 barów podawanym do dyszy (2) poprzez przyłącz powietrza do atomizacji (8).

5. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że zawiesinę spala się w komorze spalania rozgrzanej przed spalaniem do temperatury co najmniej 950°C.

6. Sposób według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że prowadzi się współspalanie gazu i zawiesiny wodno-węglowej poprzez modulowanie charakterystyki pracy palnika polegające na płynnej regulacji wydajności przez zmianę przepływu gazu i ciśnienia powietrza do atomizacji.