CS214780B2 - Industrial burner for gaseous or liquid fuels - Google Patents

Description

Vynález se týká průmyslového· hořáku pro plynná nebo kapalná paliva k vytápění pecních prostorů v průmyslových pecích s přiváděči trubkou na palivo a vzduch, s rekuperátorem, spojeným s horákem do jedné stavební jednotky, kde spalovací vzduch je veden v protiproudu ke spalinám.

Při provozu průmyslových hořáků, spalujících pevná nebo kapalná paliva, která jsou např. používány pro vytápění komor pecí v průmyslových pecích, dochází za normálních podmínek k odvodu ještě poměrně značného množství tepla horkými spalinami. Vzhledem ke stoupajícím cenám paliv se projevuje snaha o zpětné získání tepla ze spalin. Pro tento účel je zmam způsob (DE-AS 1 232 304) utzv. trubkového sálavého· hořáku, kdy je tento horák opatřen bezprostředně v něm zabudovaným rekuperátorem, ve kterém protékají protiproudým způsobem horké spaliny a spalovací vzduch a v němž je spalovací vzduch předehříván při využití tepla spalin. Rekuperátor přitom může být proveden jako tzv. trubkový podélně žebrovaný rekuperátor, jehož žebra jsou umístěna na jedné straně v prvém prstencovém prostoru, ohraničeném palivovou trubkou a s ní soustředně ležící trubkou přívodu spalovacího vzduchu a na druhé straně leží ve druhém prstencovém prostoru, který se nachází mezi trub2 kou spalovacího vzduchu a trubkou spalin.

Také u horáků, pracujících s tzv. otevřeným způsobem, tj. pro přímo Otápěná pecní zařízení, byl již použit takový způsob rekuperačního ohřevu vzduchu, jak to popisuje např. DE-AS 1 229 226. Trubkový rekuperátor s podélnými žebry je také spojen s hořákem do jednoho stavebního celku, přičemž uspořádání je takové, že trubka spalin zasahuje asi v úrovni hořákového ústí do pecního prostoru axiálně a na. konci trubky spalin, obtékané spalinami se používá zařízení na odtah spalin, které je řízené v závislosti na přívodu spalovacího vzduchu.

Tyto hořáky pracují s kontinuálním přívodem palivo — vzduch, kde přizpůsobení dodávaného· tepla hořákem pro· danou potřebu tepla v pecním prostoru je zajištěno kontinuální regulací směsi. Protože je obtížné, aby byl hořák v provozu při velkém poměru regulace tak, aby při maximálním nastavení vzniklo snesitelné množství hluku a tím vznikala i odpovídající nižší výstupní rychlost a při minimálním nastavení byla ještě vyhovující energie pro směšování při spalování bez vzniku sazí, je známé řešení podle časo p i s u ,, G a s W ár me In terna t iona 1 “ 25 (1976), sešit 11, 12, str. 577—80. Toto řešení používá průmyslový hořák s rekuperačním předehřevem vzduchu s regulací zapnuto-vy214780 pnuto, tj. s dvoupolohovou regulací způsobu, kde hořák v průběhu poměrně krátké periody zapnutí vydává rázy plamene o plném výkonu a poté je opět vypnut. Takový způsob provozování vyžaduje spolehlivé zapalovací zařízení, které zajišťuje, že hořák pc· uplynutí klidové periody bude spolehlivě zapálen.

U všech těchto hořáků jsou rekuperátory provedeny tak, že ztráta tlaku na straně spalovacího vzduchu a spalin v rekuperátoru je pokud možno· malá a činí při průchodu méně než 10 mbar. Proto· se konstruují rekuperátory s kanály na spalovací vzduch a spaliny tak, aby měly poměrně velkou světlost. Jelikož se ztráta tlaku mění v rekuperátoru s provozní teplotou a s výrobními tolerancemi · rekuperátoru jde o to, aby tlakový rozdíl, nastávající v rekuperátoru, byl proti trysce, umístěné v trubce přivádějící vzduch pokud možno malý a tím aby se udržovalo množství vzduchu konstantní nezávisle na teplotě rekuperátoru tak, že poměr paliva a vzduchu zůstane při celkovém vyskytujícím„se rozsahu teploty zhruba konstantní. V typickém případě je tlaková ztráta v rekuperátoru ··asi v poměru 1:5 k poklesu tlaku, který nastává na dávkovači trysce.

Bez ohledu na to· bylo doposud zastáváno mínění,- -.že-u ·rekuperátoru s vyšší tlakovou ztrátou a proto z užšími kanály spalovacího vzduchu a spalin nelze zvládnout nebezpečí zacpání rekuperátorů.

U takových hořáků s rekuperačním předehříváním vzduchu je dosažitelný stupeň technické účinnosti -spalování μί při teplotě spalin 1000 °C pod asi 0,7.

Naproti, tomu s přibývajícím předehříváním. , vzduchu v rekuperátoru stoupá teplota plamene a - tím je zvyšován podíl NO_X ve spalinách, · což je škodlivé · z hlediska ochrany životního prostředí. Aby se působilo· proti tomuto vlivu používá se poměr směšování, blížící · se stechiometrickému poměru pro palivo a · vzduch. To· ale . znamená, že pracuje-li rekuperátor studený · nebo při nízké · teplotě, např. při · najíždění nebo při provozu za nízké teploty, -může docházet ke tvoření sazí nebo CO v tak podstatném množství, že s ním musí být uvažováno·. Také z těchto· důvodů byly doposud rozměry kanálů rekuperátoru voleny poměrně velké.

Úkolem vynálezu je zlepšit průmyslový hořák · v úvodu jmenovaného druhu tak, aby bez nadměrných dodatečných materiálových nároků byl z hlediska .životního prostředí výhodnější a současně aby vykazoval podstatně vyšší technickou účinnost spalování.

Pro· vyřešení tohoto · úkolu se problém, řeší vynálezem, jehož podstata spočívá v tom, že v horní části druhého prsténcového· prostoru, vytvoře něho plášťovou sálavou trubkou a · s ní souose upraveným válcem vedení vzduchu je upraven rekupelátor, sestávající z přívodní trubky vzduchu, na jejíž vnitřní straně jsou upravena radiální vnitřní žebra se vzdáleností od sebe menší než 4 mm a na jejíž vnější straně jsou upravena radiální vnější žebra, se vzdáleností od sebe méně než 7 mm, a délka vnějších žeber je stanovena průměrem 130 mm· kružnice, opsané vrcholům radiálních vnějších žeber, ležících v druhém prstencovém prostoru a délka vnitřních žeber je · stanovena průměrem 70 milimetrů kružnice, vepsané vrcholům · vnitřních žeber, přičemž přívodní trubka· vzduchu je na jednom svém konci . zúžena pro· zasunutí do plamence. '

Vynález využívá znalosti, že se kinematická viskozita plynů s teplotou podstatně zvyšuje. Tak např. stoupá při zvýšení střední provozní teploty v rekuperátoru na asi 400 °C stoupnutím kinematické viskosity také odpovídajícím způsobem odpor proudění ohřátého plynu v rekuperátoru asi na čtyřnásobnou hodnotu v porovnání se studeným stavem. U nového hořáku je tento stav vědomě využíván tak, že vyšší podíl tlakové ztráty v hořáku, který za normálních podmínek je na dávkovači trysce v přívodní trubce · vzduchu, je vložen do rekuperátoru, který je pomocí odpovídajících rozměrů svých kanálů konstruován tak, aby dával vysoký odpor proudění. Tím se docílí, že vlivem zvýšené rychlosti proudění plynu je zvýšen stupeň přenosu tepla rekuperátoru při · stejném stavebním objemu, přičemž · ale naopak množství vzduchu, procházejícího hořákem v porovnání k jiným škrticím místům, je určeno vysokým odporem vůči proudění v rekuperátoru, takže touto závislostí na teplotě se samočinně mění v. závislosti na teplotě průtokový odpor rekuperátoru a poměr směšování mezí palivem a · spalovacím vzduchem · se samočinně reguluje. Tím je získána výhoda, spočívající v tom, že při najíždění při relativně studeném stavu, případně při provozu za nízké teploty, je v podstatě vyloučena tvorba CO a sazí vyskytujícím se nadbytkem vzduchu a při provozní teplotě, nastávají téměř stechiometrické spalovací podmínky, při · kterých dochází k omezené tvorbě sloučenin NO_X. Poměr paliva ke spalovacímu vzduchu se tím. automaticky přizpůsobuje teplotě pece. Protože při nízkých teplotách je vliv přibývajícího· nadbytku vzduchu na stupeň účinnosti technického spalování μί stále menší, je tím také v celém rozsahu provozu dosaženo · více hospodárného provozu.

Příkladné provedení vynálezu je schematicky znázorněno na připojených výkresech, · kde značí obr. 1 průmyslový hořák podle vynálezu, zasazený do kovové sálavé trubky v osovém řezu, obr, 2 stejný hořák v řezu rovinou · II—II z obr. 1.

V odpovídajícím otvoru u stěny 1 pece je vsazena na jednom konci uzavřená · plášťová sálavá trubka 2, která zasahuje do prostoru pece. Soustředně s plášťovou sálavou trubkou 2 je připojen plamenec 4, sestávající z jednotlivých keramických segmentů a tím je •dosaženo určité možnosti ohybu. Na keramický plamenec 4 je nasazen hořák 5, který je proveden jako plynový hořák pro spalování · koksárenského plynu, zemního· plynu, propanu a podobných paliv. Hořák 5 je opatřen centrickou přívodní trubkou 6 paliva, do které zasahuje tryska 24 paliva s přívodním potrubím 7 paliva, a která je řízena prvním •magnetickým· ventilem 8, přičemž odpor potrubí je vůči proudění paliva velmi malý v porovnání· s odporem vůči proudění trysky 24 paliva. Soustředně k přívodní trubce 6 paliva je zavěšena přívodní trubka 0 vzduchu, která je ohraničena válcem· 20 pro vedení vzduchu · a •ohraničuje první prsténcový prostor 10, do kterého· zasahuje přívodní potrubí 11 vzduchu, v němž je uležen druhý magnetický ventil 12, Mezi přívodní trubkou 9 vzduchu a kovovou plášťovou sálavou trubkou 2, která v této části působí jako trubka spalin, je druhý prstencový prostor, ve kterém jsou radiální vnější žebra 14, stejně jako jsou v prvním· prstencovém prostoru 10 vnitřní radiální žebra 28 podélně žebrovaného trubkového rekuperátoru 15, jenž je spojen s horákem 5 do jednoho stavebního celku, jehož část tvoří také přívodní trubka 9 vzduchu a plášťová sálavá trubka 2.

Přívodní trubka 9 vzduchu je na ústí 18 hořáku 5 opatřena zúžením průměru a zavedena do plamence 4. Uvnitř válce 20 ' vedení vzduchu prochází zapalovací elektroda 17, která umožňuje vytvoření zapalovacích jisker u směsi paliva a vzduchu, nacházející se v bezprostřední blízkosti ústí 16 hořáku 5.

Nal · · aec je na přívodní trubku 6 paliva připojeno· zařízení 18 pr^oa· hlídání plamene, které pracuje na principu ionisace plamene nebo na principu ultrafialových paprsků.

Zařízení 18 pro hlídání plamene, zapalovací elektroda 17 a první a druhý magnetický ventil 8 a 12 jsou napojeny na regulátor 19,

Konstrukce rekuperátoru 15 je patrna z obr. 1 a 2. Na přívodní trubku 9 vzduchu, která je v daném případě složena z jednotlivých prstencových dílů, jsou připojena vnější žebra 14, která zasahují do druhého· prstencového prostoru 13; do prvního prstencového prostoru. 10 zasahují radiální vnitřní žebra 26. Počet vnějších žeber 14 je určen tím, že radiální vnitřní žebra 26, která leží v prvním prsténcovém prostoru 10, mají kanály 21 spalovacího· vzduchu, v šířce asi 4 mm a šířka mezi vnějšími žebry 14 v druhém prstencovém prostoru 13, tvořená kanály 22 spalin je asi 7 mm. Průměr kružnice, která je opsána vrcholům radiálních žeber 14 činí asi 130 mm a touto· je stanovena jejich délka. Obdobně je délka vnitřních žeber 26 stanovena průměrem 70 mm· kružnice, která je vepsána vrcholům těchto vnitřních žeber 26. Jmenovitý výkon hořáku je asi 20 kW. Délka rekuperátoru 15 je 400 mm a vzhledem k tomu, že nedochází ke tvorbě sazí při nízkých teplotách, může · být · i světlost kanálů 22 spalin a tím i kanálu 21 spalovacího vzduchu zvolena menší.

Za provozu se regulace hořáku 5 provádí vypínáním a zapínáním regulátoru 19. Pro tento· účel je odpovídajícím způsobem nařízen první a druhý magnetický ventil 8, 12 a zapalovací elektroda 17 regulátoru 19 tak, že trvání fáze zapnuto je kratší než 60, sec. a trvání fáze vypnuto odpovídá požadovanému množství · energie. Zapálení pomocí zapalovací elektrody nastává bezprostředně u ústí 16 hořáku 5 a spolehlivé optické hlídání plamene se uskuteční přívodní trubkou 6 paliva pomocí zařízení 18 na hlídání plamene.

Při krátkých nárazech plamene z ústí 16 hořáku 5 vystupující horké spaliny proudí plamencem 4 a jsou potom na uzavřeném konci plášťové sálavé trubky 2 obráceny nahoru způsobem, patrným z obr. 1. Před · tím, než horké spaliny vystoupí odbočkou 23 spalin, proudí kanály 22 spalin rekuperátoru 15, kde svoje teplo předávají vnějším žebrům 14 a přívodní trubce 9 vzduchu a spalovacímu vzduchu, proudícímu v protiproudu v kanálech 21 spalovacího· vzduchu. Kanály 22 spalin a kanály 21 spalovacího vzduchu jsou · takových rozměrů, že v rekuperátoru 15 na straně spalovacího vzduchu nastává pokles tlaku o nejméně 10 mbar, s výhodou ale více· jak 20 mbar, a to· má za následek odpovídající vysokou rychlost spalovacího vzduchu, případně rychlost · spalin v · kanálech 21 spalovacího vzduchu, případně v kanálech 22 spalin. Tato vysoká rychlost proudění udává také odpovídající stupeň účinnosti přenosu tepla rekuperátoru 15 a tím výhodné využití tepla spalin.

V přívodním potrubí 11 vzduchu je vsazena vzduchová clona 25 nebo škrtící deska, která spolu s tryskou 24 paliva umožňuje seřízení určitého provozu při provozu hořáku 5 způsobem zapnuto — vypnuto.

Vhodně seřízený hořák 5, jehož rekuperátor 15 má výše jmenované rozměry a z toho plynoucí odpor vůči proudění, pracuje v typickém případě za následujících tlakových poměrů.

Spalovací vzduch	studený	provozní teplota
A p celková (mbar)	50	50
Λ p rekuperátor (mbar )	5	18
A p vzduch, clona	45	32
(mbar) poměr palivo-vzduch (relat. množství vzduchu)	1,17	1,00

Jak je zřejmé, pracuje hořák 5 při rekuperátoru 15, ohřátém na pracovní teplotu se směsí stechíometrického složení, zatím· co při najíždění, tj. ve studeném stavu pracuje s nadbytkem vzduchu na 17 °/o. Kromě toho je za pracovního stavu tlaková ztráta· v rekuperátoru 15 řádově velikosti ztráty tlaku na trysce 24 a při studeném· stavu je pokles tlaku trysky 24 daleko překročen.

Tepelně technický stupeň účinnosti tohoto hořáku činí při teplotě 1000 °C μί asi 0,8.

Na obr. 1 znázorněné použití hořáku 5 představuje tzv. plášťovou sálavou trubku, ale hořák, jak je dále uvedeno, může být použit i pro přímo otápěná zařízení, ve kterých jsou spaliny předávány bezprostředně do

Claims (1)

1. PŘEDMĚT

   Průmyslový hořák pro plynná nebo kapalná paliva s regulovaným přívodem paliva a vzduchu pro· vytápění pecních prostorů v průmyslových pecích, s rekuperátorem, protékaným ·spalovacím vzduchem a odpadními plyny v protiproudu a spojeným s horákem do jedné stavební jednotky, vyznačující se tím, že v horní části druhého . prstencovéhoprostoru (13], vytvořeného plášťovou sálavou trubkou (2) a s ní souose upraveným válcem (20) vedení vzduchu ' je upraven re•kuperátor (15), sestávající z přívodní trubky (9) vzduchu, na jejíž vnitřní straně jsou prostoru pece. Zvláště v těchto případech může být účelné přivádět spalovací vzduch také v přestávkách mezi rázy plamene pro· recirkulaci tepla v prostoru pece a pro dosažení zlepšení rozdělení tepla. Spalovací vzduch bude přitom ohříván v horkém ' rekuperátoru 1S.

   VYNÁLEZU upravena radiální vnitřní žebra (26) se vzdáleností od sebe menší než 4 mm a na jejíž vnější straně jsou upravena radiální vnější žebra (14), se vzdáleností od sebe méně než 7· mm, a délka vnějších žeber je stanovena průměrem 130 mm kružnice, opsané vrcholům radiálních vnějších žeber (14), ' ležících v druhém prsténcovém prostoru (13) · a délka vnitřních žeber (26) je stanovena průměrem 70 mm kružnice, vepsané vrcholům vnitrních žeber (26,), přičemž přívodní trubka (9) vzduchu je na jednom svém: konci zúžena pro zasunutí do plamence (4).