PL227771B1 - Zespół lancy atomizujący reagent, zwłaszcza do selektywnej redukcji niekatalitycznej tlenków azotu w spalinach kotłów energetycznych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest zespół lancy atomizujący reagent, zwłaszcza do selektywnej redukcji niekatalitycznej tlenków azotu w spalinach kotłów energetycznych, zawierający dyszę atomizującą zawierającą komorę doprowadzania czynnika gazowego, korzystnie sprężonego powietrza, z pierwszym otworem wylotowym dyszy atomizującej, w której to komorze umieszczona jest dysza wewnętrzna doprowadzania reagenta z drugim otworem wylotowym dyszy wewnętrznej, oraz zamocowaną do dyszy atomizującej lancę z otworem wlotowym połączonym z drugim otworem wylotowym dyszy wewnętrznej. Zespół lancy według wynalazku może być wykorzystywany do wtryskiwania różnego rodzaju środków w instalacjach przemysłowych. Przykładowo zespół lancy według wynalazku może służyć do wtryskiwania reagenta w układzie selektywnej redukcji niekatalitycznej (ang. Selective Non-Catalytic Reduction - SMCR) tlenków azotu w spalinach kotłów energetycznych.

Ze stanu techniki znane są opisane powyżej zespoły lanc atomizujących z dyszami atomizującymi zawierającymi dyszę wewnętrzną umieszczoną w komorze atomizującej. Komora atomizująca zawiera otwór wylotowy wykonany w jej często stożkowej ścianie czołowej, przez który z dyszy odprowadzana jest zatomizowana mieszanka. Dysza wewnętrzna jest ustawiona współosiowo z i przed otworem wylotowym komory atomizującej definiując przestrzeń atomizacji pomiędzy powierzchnią zewnętrzną ścianek jej części końcowej a powierzchnią wewnętrzną czołowej ścianki komory a tomizującej. Ze stanu techniki znane są różnego rodzaju kombinacje konfiguracji tworzących przestrzeń atomizacji powierzchni zewnętrznych końcówek dysz wewnętrznych i odpowiadających im wewnętrznych powierzchni czołowych komór atomizacyjnych, determinujące różnorakie warunki atomizacji. Tego rodzaju dysze atomizujące służą najczęściej do atomizacji ciekłego drugiego czynnika roboczego dostarczanego dyszą wewnętrzną w gazowym pierwszym czynniku roboczym dostarczanym do komory atomizującej. Wspólną cechą wszystkich takich rozwiązań jest stosunkowo duże zużycie gazowego pierwszego czynnika roboczego.

Celem wynalazku jest dostarczenie zespołu lancy atomizującego reagent, zwłaszcza do selektywnej redukcji niekatalitycznej tlenków azotu w spalinach kotłów energetycznych, mającego polepszone właściwości eksploatacyjne i umożliwiającego zmniejszenie zapotrzebowania na gazowy czynnik roboczy.

Istotą wynalazku jest opisany na wstępie zespół lancy atomizujący reagent, zwłaszcza do selektywnej redukcji niekatalitycznej tlenków azotu w spalinach kotłów energetycznych, zawierający dyszę atomizującą zawierającą komorę doprowadzania czynnika gazowego, korzystnie sprężonego powietrza, z pierwszym otworem wylotowym dyszy atomizującej, w której to komorze umieszczona jest dysza wewnętrzna doprowadzania reagenta z drugim otworem wylotowym dyszy wewnętrznej, oraz zamocowaną do dyszy atomizującej lancę z otworem wlotowym połączonym z drugim otworem wylotowym dyszy wewnętrznej, który charakteryzuje się tym, że dysza wewnętrzna jest wsunięta do pierwszego otworu wylotowego komory i zawiera co najmniej jedno, korzystnie podłużne, wycięcie atomizacyjne wykonane w ściance i mające część odsłoniętą otwartą do wnętrza komory, a dysza atomizująca zawiera dodatkowo układ regulacyjny regulujący powierzchnię części odsłoniętej wycięcia atomizacyjnego dyszy wewnętrznej.

W korzystnych przykładach wykonania, dysza wewnętrzna zawiera końcówkę mającą powierzchnię zewnętrzną odpowiadającą powierzchni wewnętrznej pierwszego otworu wylotowego komory i wsuniętą do tego pierwszego otworu wylotowego oraz rzeczone co najmniej jedno, korzystnie podłużne, wycięcie atomizacyjne.

W takim przypadku końcówka ta przechodzi korzystnie w część stożkową dyszy wewnętrznej zapewniającą korzystniejszy zukosowany kierunek dopływu czynnika gazowego do wycięć atomizacyjnych i przez te wycięcia do kanału wewnątrz dyszy wewnętrznej.

Rzeczone wycięcie atomizacyjne jest korzystnie otwarte na krawędzi drugiego otworu wylotowego dyszy wewnętrznej, dzięki czemu uzyskuje się szeroki zakres regulacji powierzchni części odsłoniętej wydęcia.

Dysza wewnętrzna korzystnie zawiera wiele wycięć atomizacyjnych rozmieszczonych równokątnie na całym obwodzie dyszy wewnętrznej, korzystnie w parach obwodowo naprzeciwległych wycięć. Rozwiązanie takie polepsza równomierność atomizacji w kanale wewnętrznym dyszy wewnętrznej.

W korzystnych przykładach wykonania zespołu lancy według wynalazku, rzeczone podłużne wycięcie atomizacyjne jest wycięciem wzdłużnym przebiegającym równolegle do osi wzdłużnej dyszy wewnętrznej lub wycięciem spiralnym. Uformowanie wycięć atomizacyjnych wzdłużnie na kierunku

PL 227 771 B1 osiowym dyszy wewnętrznej zwiększa zakres możliwych zmian powierzchni części otwartych wycięć. Spiralny przebieg wycięć powoduje w pewnych przypadkach korzystne zawirowanie strumienia w kanale dyszy wewnętrznej.

Rzeczony układ regulacyjny powierzchni części odsłoniętej wycięcia atomizacyjnego w zespole lancy według wynalazku korzystnie zawiera środki regulacji względnego położenia wycięcia atomizacyjnego względem pierwszego otworu wylotowego komory.

Tego rodzaju układ regulacyjny powierzchni części odsłoniętej wycięcia atomizacyjnego zawiera korzystnie co najmniej jedną wymienną sekcję komory, korzystnie wymienną tuleję dystansową, definiującą położenie pierwszego otworu wylotowego komory względem wycięcia atomizacyjnego.

W takim rozwiązaniu korzystne może być, aby komora była zdefiniowana przez rzeczoną wymienną tuleję dystansową i zamocowaną przesuwnie na dyszy wewnętrznej cylindryczną głowicę wewnętrzną z pierwszym otworem wylotowym komory dociskane do korpusu za pomocą zamocowanej do niego w sposób wielopołożeniowy głowicy zewnętrznej. Przykładem takiego wielopołożeniowego zamocowania może być połączenie gwintowe.

Alternatywnie rzeczony układ regulacyjny powierzchni części odsłoniętej wycięcia atomizacyjnego może korzystnie zawierać środki regulacji położenia blokującego tulejowego elementu sterującego zamocowanego na dyszy wewnętrznej w obszarze rzeczonego wycięcia w sposób umożliwiający przysłanianie tego wycięcia.

W rozwiązaniu takim komora dyszy zespołu lancy według wynalazku może korzystnie zawierać wiele sterowalnych doprowadzeń czynnika gazowego, których stopień przepuszczalności definiuje położenie elementu tulejowego względem rzeczonego wycięcia.

Przedmiotowy zespół lancy, w tym jej dysza atomizująca, ma bardzo prostą konstrukcję, która w niezawodny sposób zapewnia łatwą regulację stopnia atomizacji reagenta w czynniku gazowym i zapotrzebowania na gazowy czynnik roboczy, którym zazwyczaj jest powietrze. Regulacja ta może być realizowana w stanie po wymontowaniu całego zespołu lancy atomizującego reagent lub tylko jej dyszy atomizującej albo podczas pracy. Regulacja w czasie pracy powoduje, że zespół lancy atomizujący według wynalazku jest bardzo korzystny do stosowania w dużych pracujących ciągle instalacjach przemysłowych, których przerwy w pracy są bardzo kosztowne. Do instalacji takich należą instalacje SNCR kotłów energetycznych i wiele innych instalacji przemysłowych.

Wynalazek przedstawiono poniżej w przykładzie wykonania i zilustrowano na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia schematycznie przykład wykonania zespołu lancy atomizującego reagent według wynalazku do wtryskiwania reagenta w systemie SNCR w widoku aksonometrycznym;

fig. 2 przedstawia schematycznie zespół lancy z rysunku fig. 1 w widoku z góry; fig. 3 przedstawia zespół lancy z rysunku fig. 1 w przekroju wzdłużnym;

fig. 4 przedstawia widok aksonometryczny tulei dystansowej i głowicy wewnętrznej dyszy atomizującej z rysunku fig. 3; a fig. 5 przedstawia schematycznie przykładowy układ regulacji innej przykładowej dyszy atomizującej zespołu lancy według wynalazku w czasie pracy w trybie małego (fig. 5a) i dużego (fig. 5b) dopływu powietrza atomizującego.

Przedstawiony na rysunku fig. 1-4 pierwszy przykład wykonania zespołu lancy 1 według wynalazku stanowi zespół lancy do wtrysku reagenta w systemie SNCR i zawiera lancę 2 połączoną z dyszą atomizującą 3. Lanca 2 stanowi długą rurę o stosunkowo cienkim przekroju poprzecznym, która jest przykręcona do dyszy atomizującej 3 za pośrednictwem przymocowanego do mej w sposób trwały, pierwszego kołnierza mocującego 21. Drugi kołnierz mocujący 22 zamocowany do lancy 2 za pośrednictwem tulei usztywniającej 23 służy do zamocowania zespołu lancy 1 do ściany niepokazanej na rysunku komory kotła energetycznego tak, aby końcówka lancy 2 uchodziła do tej komory a dysza atomizująca 3 pozostawała na zewnątrz komory kotła.

Dysza atomizująca 3 zawiera komorę 31 doprowadzania czynnika gazowego otaczającą dyszę wewnętrzną 32 doprowadzania reagenta. W przypadku instalacji SNCR czynnikiem gazowym dostarczanym do takiej lancy będzie sprężone powietrze, a reagentem będzie czynnik redukcyjny.

Komora 31 jest zdefiniowana przez wnętrze korpusu 33 oraz tuleją dystansową 34 i cylindryczną głowicę wewnętrzną 35 dociskane do korpusu 33 za pomocą nakręcanej na korpus cylindrycznej głowicy zewnętrznej 36. Zastosowanie połączenia gwintowego umożliwia wielopołożeniowe połączenie głowicy zewnętrznej 36 z korpusem 33. Korpus 33 zawiera króciec przyłączeniowy 331 do przyłączenia instalacji dostarczającej sprężone powietrze.

PL 227 771 B1

W głowicy wewnętrznej 35 wykonany jest pierwszy otwór wylotowy 311 komory 31, do którego wsunięta jest dysza wewnętrzna 32, a dokładnie jej końcówka 321 z drugim otworem wylotowym 322. Średnica zewnętrzna cylindrycznej końcówki 321 zasadniczo odpowiada średnicy wewnętrznej pierwszego otworu wylotowego 311 komory 31 w głowicy wewnętrznej 35.

W ściance dyszy wewnętrznej 32 w obszarze jej cylindrycznej końcówki 321 wykonane są dwa obwodowo naprzeciwległe jednakowe podłużne wycięcia atomizacyjne 323. Wycięcia 323 przebiegają wzdłużnie równolegle do osi wzdłużnej dyszy wewnętrznej 32 i są otwarte na krawędzi drugiego otworu wylotowego 322 końcówki 321 dyszy wewnętrznej 32. Każde z wycięć 323 ma część odsłoniętą 3231 otwartą do wnętrza komory 31, poprzez którą czynnik gazowy z komory 31 dyszy 3 przepływa do kanału 324 dyszy wewnętrznej 32. W rozwiązaniu według wynalazku komorę atomizacji stanowi wewnętrzny kanał 324 dyszy wewnętrznej 32 w obszarze jej wycięć 323, w tym przykładzie rozmieszczonych w obszarze końcówki 321. W kierunku do wewnątrz końcówka 321 przechodzi w część stożkową 325 dyszy wewnętrznej 32 o kącie wierzchołkowym wynoszącym 90°. W innych alternatywn ych wariantach wykonania mogą być stosowane inne wartości tego kąta wierzchołkowego. W ogólności zastosowanie części stożkowej w rozwiązaniach według wynalazku jest jedynie opcjonalne.

Zespół tulei dystansowej 34, głowicy wewnętrznej 35 i głowicy zewnętrznej 36 zamocowanej w sposób wielopołożeniowy do korpusu 33 stanowi układ regulacyjny regulujący powierzchnię części odsłoniętych 3231 wycięć atomizacyjnych 323 dyszy wewnętrznej 32. Długość tulei dystansowej 34 definiuje położenie wewnętrznej głowicy 35 z pierwszym otworem wylotowym 311 zasłaniającym częściowo wycięcia atomizacyjne 323, a tym samym definiuje pola powierzchni części odsłoniętych 3231 otwartych do wnętrza komory 31 i ilość czynnika gazowego dopływającego przez wycięcia 323 do wnętrza dyszy wewnętrznej 32. Zmiana długości tulei dystansowej 34 spowoduje zatem zmianę stopnia atomizacji dyszy 3. Alternatywnie zamiast zmiany tulei 34 można zmienić długość głowicy wewnętrznej 35.

Na rysunku fig. 5 zobrazowano schematycznie inny przykład wykonania dyszy atomizującej 3a do zastosowania w zespole lancy według wynalazku. Dysza 3a jest wyposażona w środki do regulacji części odsłoniętych 323a wycięć łączących kanał wewnętrzny dyszy wewnętrznej 32a z komorą 31 doprowadzania czynnika gazowego, jakim jest na przykład sprężone powietrze. W przykładzie tym dysza wewnętrzna 32a ma formę prostej rury o wymiarach niezmiennych na długości przechodzącej przez komorę 31. Niezmienność wymiarów dyszy wewnętrznej na jej długości nie jest istotną cechą przedmiotowego wynalazku. Dlatego oczywistym jest, że w alternatywnych wykonaniach zespołu lancy według wynalazku wymiary dyszy wewnętrznej, przykładowo wymiary jej kanału wewnętrznego czy jej średnica zewnętrzna, mogą się zmieniać na długości tej dyszy. Komora 31 zawiera dwa naprzeciwległe zestawy wlotów 312, 313 sprężonego powietrza, które są alternatywnie uaktywniane i zasilane z komór wstępnych 314. Pomiędzy tymi zestawami na dyszy wewnętrznej 32a w obszarze jej wycięcia 323a zainstalowana jest przesuwnie blokująca tuleja sterująca 37 mająca możliwość zasadniczo szczelnego zasłaniania wycięć 323a. Tuleja sterująca 37 jest wyposażona w kołnierz 371, na który oddziałują ciśnienia dynamiczne wypływów sprężonego powietrza z zestawów wlotów 312, 313. W zależności od stanu aktywności poszczególnych zestawów wlotów 312, 313 zmienia się położenie tulei 37 względem wycięć 323a, a tym samym zmienia się powierzchnia części odsłoniętych 3231, stopień atomizacji dyszy i zapotrzebowanie na powietrze atomizujące. l tak w przypadku przedstawionym na fig. 5a przy aktywowaniu wlotów 312 i dezaktywowaniu wlotów 313 tuleja 37 znajduje się w pozycji definiującej minimalną powierzchnię części odsłoniętych 3231, dzięki czemu uzyskuje się zminimalizowanie zapotrzebowania powietrza atomizującego. W skrajnie odwrotnym przypadku przy aktywowaniu wlotów 313 i dezaktywowaniu wlotów 312 tuleja 37 znajduje się w pozycji definiującej maksymalną powierzchnię części odsłoniętych 3231, dzięki czemu uzyskuje się zmaksymalizowanie zapotrzebowania powietrza atomizującego. W wariancie udostępniającym płynne regulowanie wartości dynamicznych ciśnień strumieni wypływających z wlotów 312, 313 i oddziałujących na kołnierz 371 możliwe jest płynne regulowanie położenia tulei sterującej 37 i tym samym zapotrzebowania na powietrze atomizujące.

W dyszy atomizującej 3a realizowana jest atomizacja reagenta w czynniku gazowym w opisany poniżej sposób. Gazowy czynnik roboczy jakim jest sprężone powietrze jest dostarczany poprzez króciec 331 a do komory 31 otaczającej dyszę wewnętrzną 32a, zaś drugi ciekły reagent jest dostarczany do dyszy wewnętrznej 32a i przepływa ku jej końcowi. Z komory 31 czynnik gazowy przepływa przez części odsłonięte 3231 wycięć 323a otwarte do wnętrza komory 31 powodując atomizowanie w gazowym czynniku reagenta przepływającego dyszą wewnętrzną 32a. Powierzchnie części odsłoniętych 3231 wydęć atomizacyjnych 323a są przy tym regulowane poprzez regulację ciśnień dynaPL 227 771 B1 micznych generowanych przez wloty 312, 313 sprężonego powietrza do komory 31 dyszy 3a definiujące poprzez oddziaływanie na kołnierz 371 położenie blokującej tulei sterującej 37 zamocowanej przesuwnie na dyszy wewnętrznej w obszarze wycięć 323a w sposób umożliwiający blokowanie tych wycięć. Regulacja tych ciśnień może następować na przykład poprzez regulowanie przepustowości wlotów 312, 313, realizowane w sposób dyskretny, na przykład dwustanowy (zamknięte-otwarte), lub ciągły, albo regulowanie ciśnienia czynnika dostarczanego tymi wlotami. W wyniku opisanej powyżej atomizacji na wyjściu obszaru z wycięciami atomizacyjnymi otrzymuje się zatomizowaną mieszankę, która przez dalszy odcinek dyszy wewnętrznej 32a wyprowadzana jest z komory 31.

W nieprzedstawionym na rysunku, alternatywnym względem konstrukcji z fig. 4-5, przykładzie wykonania przedmiotowego wynalazku, dysza wewnętrzna może zawierać jedynie jedno wycięcie atomizacyjne.

W innym nieprzedstawionym na rysunku, alternatywnym względem konstrukcji z fig. 4-5, przykładzie wykonania przedmiotowego wynalazku, dysza wewnętrzna może zawierać większą liczbę wycięć atomizacyjnych w ściance. Z kolei w korzystnych wariantach takiego przykładu wycięcia takie będą rozmieszczone równokątnie w parach obwodowo naprzeciwległych wycięć.

W jeszcze innym nieprzedstawionym na rysunku, alternatywnym względem konstrukcji z fig. 4-5, przykładzie wykonania przedmiotowego wynalazku, wycięcia w ściance dyszy wewnętrznej mogą być podłużnymi wycięciami przebiegającymi spiralnie.

Odsyłacze numeryczne do tych samych funkcjonalnie elementów pozostają takie same na wszystkich figurach rysunku, przy czym tam gdzie stosowne mają one dodatkowe sufiksy (a, b) dla odróżnienia elementów o tej samej funkcjonalności, ale odmiennej budowie.

Na przedstawionym rysunku, celem lepszego zilustrowania wynalazku niektóre jego cechy mogły zostać pokazane z przesadą lub w pomniejszeniu/powiększeniu. Przedstawionych przykładów wykonania nie należy również traktować jako ograniczających zakres ochrony zdefiniowany w zastrzeżeniach patentowych.

Claims (11)

1. Zespół lancy atomizujący reagent (1), zwłaszcza do selektywnej redukcji niekatalitycznej tlenków azotu w spalinach kotłów energetycznych, zawierający dyszę atomizującą (3) zawierającą komorę (31) doprowadzania czynnika gazowego, korzystnie sprężonego powietrza, z pierwszym otworem wylotowym (311) dyszy atomizującej (3), w której to komorze (31) umieszczona jest dysza wewnętrzna (32) doprowadzania reagenta z drugim otworem wylotowym (322) dyszy wewnętrznej (32), oraz zamocowaną do dyszy atomizującej (3) lancę (2) z otworem wlotowym połączonym z drugim otworem wylotowym (322) dyszy wewnętrznej (32), znamienny tym, że dysza wewnętrzna (32) jest wsunięta do pierwszego otworu wylotowego (311) komory (31) i zawiera co najmniej jedno, korzystnie podłużne, wycięcie atomizacyjne (323) wykonane w ściance i mające część odsłoniętą (3231) otwartą do wnętrza komory (31), a dysza atomizująca (3) zawiera dodatkowo układ regulacyjny regulujący powierzchnię części odsłoniętej (3231) wycięcia atomizacyjnego (323) dyszy wewnętrznej (32).

2. Zespół lancy według zastrz. 1, znamienny tym, że dysza wewnętrzna (32) zawiera końcówkę (321) mającą powierzchnię zewnętrzną odpowiadającą powierzchni wewnętrznej pierwszego otworu wylotowego (311) komory (31) i wsuniętą do tego pierwszego otworu wylotowego (311) oraz rzeczone co najmniej jedno, korzystnie podłużne, wycięcie atomizacyjne (323).

3. Zespół lancy według zastrz. 2, znamienny tym, że końcówka (321) przechodzi w część stożkową (325) dyszy wewnętrznej (32).

4. Zespół lancy według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że rzeczone wycięcie atomizacyjne (323) jest otwarte na krawędzi drugiego otworu wylotowego (322) dyszy wewnętrznej (32).

5. Zespół lancy według dowolnego z zastrz. 1-4, znamienny tym, że zawiera wiele wycięć atomizacyjnych (323) rozmieszczonych równokątnie na całym obwodzie dyszy wewnętrznej (32), korzystnie w parach obwodowo naprzeciwległych wycięć (323).

PL 227 771 B1

6. Zespół lancy według dowolnego z zastrz. 1-5, znamienny tym, że rzeczone podłużne wycięcie atomizacyjne (323) jest wycięciem wzdłużnym przebiegającym równolegle do osi wzdłużnej dyszy wewnętrznej (323) lub wycięciem spiralnym.

7. Zespół lancy według dowolnego z zastrz. 1-6, znamienny tym, że rzeczony układ regulacyjny powierzchni części odsłoniętej (3231) wycięcia atomizacyjnego (323) zawiera środki regulacji względnego położenia wycięcia atomizacyjnego (323) względem pierwszego otworu wylotowego (311) komory (31).

8. Zespół lancy według zastrz. 7, znamienny tym, że rzeczony układ regulacyjny powierzchni części odsłoniętej (3231) wycięcia atomizacyjnego (323) zawiera co najmniej jedną wymienną sekcję komory (31), korzystnie wymienną tuleję dystansową (34), definiującą położenie pierwszego otworu wylotowego (311) komory (31) względem wycięcia atomizacyjnego (323).

9. Zespół lancy według zastrz. 8, znamienny tym, że komora (31) jest zdefiniowana przez rzeczoną wymienną tuleję dystansową (34) i zamocowaną przesuwnie na dyszy wewnętrznej cylindryczną głowicę wewnętrzną (35) z pierwszym otworem wylotowym (311) komory (31) dociskane do korpusu (33) za pomocą zamocowanej do niego w sposób wielopołożeniowy głowicy zewnętrznej (36).

10. Zespół lancy według dowolnego z zastrz. 1-6, znamienny tym, że rzeczony układ regulacyjny powierzchni części odsłoniętej (3231) wycięcia atomizacyjnego (323) zawiera środki regulacji położenia blokującego tulejowego elementu sterującego (37) zamocowanego na dyszy wewnętrznej (32) w obszarze rzeczonego wycięcia (323) w sposób umożliwiający przysłanianie wycięcia (323).

11. Zespół lancy według zastrz. 10, znamienny tym, że rzeczona komora (31) zawiera wiele sterowalnych doprowadzeń (312, 313) czynnika gazowego, których stopień przepuszczalności definiuje położenie elementu tulejowego (37) względem rzeczonego wycięcia (323).