CZ20032520A3 - Plynový trubkový zapalovač - Google Patents

Description

Plynový trubkový zapalovač

Oblast techniky

Vynález se týká plynového trubkového zapalovače, například pro použití u průmyslových a užitkových bojlerů.

Dosavadní stav techniky

Plynové zapalovače se používají u průmyslových a užitkových bojlerů pro zvýšení teploty bojleru před zavedením hlavního paliva a také k zapálení hlavního paliva, jakmile je přivedeno. Dále mohou být využity pro práci během období zvýšené zátěže pro zvýšení měrné spotřeby tepla bojleru.

Jedno známé provedení plynového trubkového zapalovače využívá stabilizovaný zapalovací plamen k zapálení a stabilizaci většího, předem nemíseného difusního primárního plamene na plamenovém konci zapalovače. Spalovací vzduch pro zapalovací plamen se dodává skrz zapalovač, zatímco spalovací vzduch pro primární plamen je odsáván z prostředí boileru. Vysokokapacitní plynové zapalovače mohou konvenčně používat dvě separátní palivové trubky pro přívod paliva. Jedna trubka se používá pro zapalovací plyn a primární plyn, zatímco druhá se používá pro přídavný plyn. Trubka pro zapalovací/primární plyn obsahuje řadu malých odtokových otvorů, umístěných poblíž jiskrového výboje pro zapalování. Tato trubka má ústí upevněné v odtokovém konci, které se využívá k vytvoření tlakového rozdílu nezbytného pro vypuzování plynu ven z odtokových otvorů, přičemž je stále umožněno, aby z tohoto konce odcházel proud primárního plynu. V případech, kdy je požadována vyšší rychlost hoření, se aktivuje trubka s přídavným palivem.

··· φ · ·

V takovém případě trubka s přídavným palivem uvolňuje palivo na stejném místě jako konec trubky se zapalovacím/primárním plynem. Obě trubky jsou umístěny uvnitř vzduchové přívodní trubky, která přivádí spalovací vzduch pro zapalovací plamen. Kromě toho jsou dovnitř vzduchové přívodní trubky namontovány zapalovací tyč používaná pro zapálení a separátní tyč detektoru plamene.

Palivové trubky a tyto ostatní fitinky zaujímají přibližně 35% vnitřního prostoru vzduchové přívodní trubky, což vede k vytváření toku turbulentního vzduchu s vysokou rychlostí ve vzduchové přívodní trubce a značným odporovým ztrátám v důsledku velké povrchové oblasti vnitřních trubek a fitinků. Uvedené struktury ve vzduchové přívodní trubce navíc vedou k vysokým třecím ztrátám podporovaným vysokou rychlostí protiproudého vzduchu.

Meze topného výkonu jsou závislé na řadě klíčových proměnných. Tepelný příkon od stabilizovaného zapalovacího plamene určuje náběhové a výfukové charakteristiky hlavních proudů. Velikost zápalného plamene je závislá na tom, jak mnoho spalovacího vzduchu může být přiváděno zapalovačem a také na velikosti a geometrii recirkulační zóny. Také výstupní průměry hlavních proudů určují únikovou rychlost plynu pro danou rychlost toku. Vzhledem k omezením tlaku vzduchu, který je k dispozici pro spalovací vzduch pro zapalování, je nezbytné snížit třecí ztráty indukované tokem, způsobené přítomností a umístěním trubky a fitinků a také ostatní podpůrné struktury.

Patent US 5,865,616 popisuje plynový hořák s předběžným míšením, který má hlavní plynovou trubku, zapalovací trubku a

- 3 zapalovač. Tento konvenční hořák je příkladem komplexnosti a počtu vedení pro vzduch a přívod paliva, která mohou být obsažena v hořáku.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je navrhnout plynový trubkový zapalovač, který má vysoký topný výkon se sníženými třecími průtokovými ztrátami.

Dalším cílem vynálezu je navrhnout plynový trubkový zapalovač, který produkuje zapalovací plamen dobře smísený se vzduchem v řídicí zóně, v níž je spalování iniciováno a udržováno. Dalším cílem tohoto vynálezu je navrhnout plynový trubkový zapalovač, který přináší zlepšení pokud jde o množství spalovacího vzduchu dostupného při stejné tlakové ztrátě v porovnání se zapalovači z dosavadního stavu techniky.

Podle dalšího aspektu vynálezu má plynový trubkový zapalovač jednu palivovou trubku vedoucí vzdnr.hnvnn přívodní trubkou a zajišťující palivo pro zapalovací plamen a pro primární spalovací palivo zapalovače. Komolé sférické zkosené těleso umístěné ve vzduchové přívodní trubce snižuje vstupní ztráty toku a udržuje nezbytnou turbulenci ve směru po proudu a recirkulační zónu. Zkosené těleso má centrální otvor pro palivovou trubku a je opatřeno ústím pro zajištění požadovaného poměru zapalovacího plynu k primárnímu plynu. Integrální otvory pro zapalovací palivo jsou umístěny po obvodě kolem ústí k přivádění zapalovacího plynu ke komolému čelu zkoseného tělesa, kam je zapalovací plyn rovnoměrně distribuován rozváděcím kroužkem.

A A

- 4 Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude nyní podrobněji popsán s odkazem na připojené výkresy, na nichž zobrazuje:

- obr. 1 bokorys provedení plynového trubkového zapalovače podle vynálezu v částečném řezu,

- obr. 2 půdorys zapalovače z obr. 1,

- obr. 3 schematický pohled na topnou spalovací sestavu využívající práškové uhlí, k níž je namontován plynový trubkový zapalovač zobrazený na obr. 1 a 2,

- obr. 4 zvětšený perspektivní pohled na zkosené těleso dalšího provedení plynového trubkového zapalovače podle vynálezu, ukazující zkosené těleso s připevněnými rozpěrkami a rozváděcím kroužkem,

- obr. 5 pohled na komolé čelo zkoseného tělesa zobrazeného na obr. 4,

- obr. 6 průřez zkoseným tělesem vedený podél čáry VI-VI z obr. 5, přičemž těleso je opatřeno rozváděcím kroužkem,

- obr. 7 průřez zkoseným tělesem vedený podél čáry VII—VII z obr. 5, přičemž těleso je opatřeno rozváděcím kroužkem a také úseky palivové přívodní trubky vstupující a vystupující ze zkoseného tělesa,

- obr. 8 bokorys jednoho z dalších provedení plynového trubkového zapalovače podle vynálezu v částečném řezu, a

- obr. 9 půdorys zapalovače zobrazeného na obr. 8.

Příklady provedení vynálezu

Jak je vidět z obr. 1, 2 a 3, jedno provedení plynového trubkového zapalovače podle vynálezu, který je obecně označen jako plynový trubkový zapalovač 10, je uzpůsobeno pro • ·

99 9

- 5 namontování na strukturní prvek topné spalovací sestavy fosilního paliva, jako například na strukturní prvek 12 spalovací pece 14 s práškovým uhlím, kterým může být například strukturní prvek ve tvaru rohové větrné skříně, jak lze vidět zejména na obr. 3. Plynový trubkový zapalovač 10 lze rovněž ovládat pro zapalování paliva jako je nafta nebo jiné kapalné palivo nebo pro zajištění pomocné nebo zvláštní spalovací nebo ohřívací funkce určené pro topnou spalovací sestavu s fosilním palivem. Plynový trubkový zapalovač 10 může být například ovládán pro ohřívání spalovací komory nebo spalovací pece 14 s práškovým uhlím při jejich uvádění do chodu ve fázi náběhové činnosti před spalováním práškového uhlí zavedeného do spalovací komory komorami 16 pro práškové uhlí, upevněnými ve větrných skříních 18 spalovací pece 14 . Alternativně nebo přídavně lze plynový trubkový zapalovač 10 ovládat k zapalování hlavního paliva jako je například práškové uhlí v topné spalovací sestavě.

Jak je vidět zvláště na obr. 1 a 2, plynový trubkový zapalovač 10 je ovládán pro zapálení předpm nesmí?ené směsi vzduchu a plynného paliva a obsahuje vzduchové přívodní vedení 20, které má osu ASL, přívodní konec 22 a plamenový konec 24 axiálně vzdálený od přívodního konce 22 . Zapalovač 10 také obsahuje palivové přívodní vedení 26 vedoucí axiálně vnitřkem alespoň části vzduchového přívodního vedení 2 0, obsahující vstupní konec 28 a výstupní konec 30. je nejlépe vidět z obr. 2, zapalovač 10 dále obsahuje alespoň jeden odbočovací průchod 32.· Na obr. 2 je pro lepší názornost zachycen zapalovač 10 se dvěma odbočovacími průchody 32 . Každý odbočovací průchod 32 má vstupní konec 34 a výstupní konec 36 vzdálený od vstupního konce 34. Vstupní konec 34 každého odbočovacího průchodu 32 je ve spojení s palivovým přívodním • · · · ·

- 6 * · »·· vedením 26. Zapalovač 10 také obsahuje vychylovací těleso 38 umístěné ve vzduchovém přívodním vedení 20 a uspořádané vzhledem k přívodnímu vzduchovému vedení 20 tak, že vzduch proudící ve vedení 20 protéká průchodem PTP směrem od přední strany nejpřednějšího povrchu 40 vychylovacího tělesa 38 ke spodní straně vychylovacího tělesa 38. Vstupní konec 28 palivového přívodního vedení 26 je umístěn ve vzdálenosti od nejpřednějšího povrchu 40 vychylovacího tělesa 38 ve směru axiálně proti proudu. Výstupní konec 30 palivového přívodního vedení 26 je umístěn vzhledem k vychylovacímu tělesu 38 a vzduchovému přívodnímu vedení 20 v místě FSE směrem po proudu od nejpřednějšího povrchu 40 vychylovacího tělesa 38 tak, že palivo protékající palivovým přívodním vedením 26 od jeho vstupního konce 28 k jeho výstupnímu konci 30 je izolováno od styku se vzduchem ve vzduchovém přívodním vedení 20, dokud palivo nevystoupí z výstupního konce 30 palivového přívodního vedení 26. Výstupní konec 36 každého odbočovacího průchodu 32 je umístěn vzhledem k vychylovacímu tělesu 38 tak, že palivo vystupující z příslušného odbočovacího průchodu 32 jeho výstupním koncem 36 je ve styku se vzduchem ve vzduchovém přívodním vedení 20, který prošel směrem po proudu od nejpřednějšího povrchu 40 vychylovacího tělesa 38 průchodem PTP. Výstupní konec 36 každého odbočovacího průchodu 32 je radiálně vzdálen od výstupního konce 30 palivového přívodního vedení 2 6. Zapalovač 10 také obsahuje zapalovací prvek 4 2, jak je vidět na obr. 2, pro podpoření zapalování paliva, které vystoupilo z odbočovacích průchodů 32. Tento zapalovací prvek 42 se může také použít pro udržování hoření plamene.

Jak je vidět na obr. 2, výstupní konec 30 palivového přívodního vedení 26 je umístěn ve vzdálenosti ESP po proudu od výstupních konců 36 odbočovacích průchodů 32.

• ·

- 7 Obr. 4, 5, 6, 7, 8 a 9 zobrazují další provedení plynového trubkového zapalovače podle vynálezu, který zahrnuje znaky komolého sférického zkoseného tělesa a centrálně umístěné integrální palivové přívodní trubky uvnitř vzduchové přívodní trubky nebo vedení pro zajištění zapalovacího paliva dobře smíšeného se vzduchem v řídicí zóně, v níž je iniciováno nebo udržováno spalování. Stejná centrálně umístěná palivová přívodní trubka také slouží jako vedení primárního paliva zapalovače. Na obr. 8 a 9, které zobrazují bokorys a půdorys zapalovače 110, je vidět vzduchová přívodní trubka nebo vedení 112, která má osu ASL a přívodní konec 114 a plamenový konec 116. Přilehle k uzavřenému přívodnímu konci 114 je umístěno vzduchové přívodní připojení nebo spojník 112, jímž je do vzduchového přívodního vedení 112 zaváděn vzduch. Palivové přívodní vedení v provedení jedné palivové přívodní trubky 120 vstupuje do vzduchového přívodního vedení 112 u jeho uzavřeného přívodního konce 114 a je připevněno k vychylovacímu tělesu ve tvaru komolého sférického zkoseného tělesa 122 v centrálním otvoru 124 zkoseného tělesa 122. Palivová přívodní trubka 120 je upevněna do vybrání 126 v centrálním otvoru 124. Centrální otvor 124 prochází zcela skrz zkosené těleso 122.

Zkosené těleso 122 je sférické nebo v podstatě sférické s komolým čelem 128. Sférický tvar minimalizuje třecí ztráty toku při zajištění kompaktnosti tvaru. Umístění roviny komolého čela 128 je v místě ležícím v intervalu od středu koule k místu vzdálenému od středu ne více než 35% průměru koule. Tento interval vychází z požadavku zajištění co největší turbulence po proudu a délky recirkulační zóny při minimálních třecích ztrátách. Přednostní umístění komolé • · ·· ···· • ·· » «

9 «

- 8 roviny je přibližně ve vzdálenosti 20% průměru koule od středu ve směru po proudu.

Zkosené těleso 122 je ve vzduchovém přívodním vedení 112 uloženo pomocí opěrných křídel 130 upevněných v zářezech 132 ve zkoseném tělese tak, že osa zkoseného tělesa, kolem níž je vystředěn jeho centrální otvor 124, je souosá s osou ASL vzduchového přívodního vedení 112. Průměr zkoseného tělesa 120 je zvolen proporcionálně k vnitřnímu průměru vzduchového přívodního vedení 112, aby se po proudu zajistila vhodná turbulence. Pro příklad, pro vzduchové přívodní vedení s vnitřním průměrem 3,068 palce je přednostní průměr zkoseného tělesa v rozmezí od 75% do 90% tohoto vnitřního průměru.

Centrální otvor 124 zkoseného tělesa 120 je ve zkoseném tělese spojen s ústím 134, které je integrálně vytvořeno ve zkoseném tělese 122 a je dimenzováno pro dosažení požadovaného poměru zapalovacího paliva k primárnímu palivu. Integrální kanálky 136 pro zapalovací palivo 136 jsou rozmístěny po obvodu ramene ústí. Počet kanálků 136 je zvolen tak. aby byl odpovídající vzhledem k celkovému toku paliva, přičemž obrázky ukazují 3 kanálky. Kanálky pro zapalovací palivo procházejí zkoseným tělesem ke kónickému čelu 128 pod divergujícím úhlem vzhledem k ose palivové trubky a k centrálnímu otvoru tak, že kanálky pro zapalovací palivo vystupují na komolém čelu mimo palivový přívodní trubkový nástavec 138. Velikost ústí 134 zakládá poměr tlakového rozdílu mezi stranou po proudu a stranou proti proudu zkoseného tělesa, takže dojde k proporčně správnému toku mezi zapalovacími kanálky a výpustí hlavního paliva. Vnitřní hrdlo zkoseného tělesa je v místě 140 kuželovité od minimálního průměru ústí 134 k vnitřnímu průměru palivového přívodního trubkového nástavce 138, aby se umožnilo

- 9 rozšíření toku paliva na plnou oblast vnitřku vzduchového přívodního vedení 112. Tím se dosáhne nižší výstupní rychlosti proudu primárního paliva.

·· ···

Palivový přívodní trubkový nástavec 138 je upevněn do kužele 140, vedoucího z minimálního průměru ústí 134, u komolého čela zkoseného tělesa 122, přičemž konec nástavce 138 ve směru po proudu se nachází v místě FSE, které je vzhledem k nejpřednějšímu povrchu zkoseného tělesa 122 umístěno směrem po proudu, takže palivo, které postupně protéká palivovou přívodní trubkou 120, centrálním otvorem 124, ústím 134 s minimálním průměrem ve zkoseném tělese 122 a palivovým přívodním trubkovým nástavcem 138, je izolováno od kontaktu se vzduchem ve vzduchovém přívodním vedení 112, dokud nevystoupí z konce palivového přívodního trubkového nástavce 138. Jak ukazují obr. 8 a 9, tento palivový přívodní trubkový nástavec 138 vede směrem k plamenovému konci 116 zapalovače a má délku dostatečnou pro izolaci směsi zapalovacího paliva a vzduchu od primárního paliva, čímž se umožní iniciace hoření zapalovacího plamene v mezích zápalnnsti. Palivový přívodní trubkový nástavec 138 může nebo nemusí být zakončen v rozmezí délky vzduchového přívodního vedení 112. Nástavec 138 obecně zasahuje za recirkulační zónu vytvořenou tokem vzduchu přes zkosené těleso.

Na komolém čelu 128 zkoseného tělesa 122 a kolem palivového přívodního trubkového nástavce 138 je umístěn rozváděči kroužek 142. Jak je nejlépe vidět na obr. 6, zapalovací palivo je uvolňováno z výstupu kanálků 136 do prstencového prostoru 144 vytvořeného mezi zkoseným tělesem 122 a rozváděcím kroužkem 142. Rozváděči kroužek 142 slouží k rovnoměrnému rozvedení zapalovacího paliva do spalovacího

- 10 »4 • ·· • « ·· ··

4 4 ► 4 4 4 ► 4 ·· 4

4 vzduchu tekoucího ve vzduchovém přívodním vedení kolem vnějšku zkoseného tělesa.

Ve vzduchovém přívodním vedení 112 je také namontováno elektrojiskrové zapalovací zařízení jak ukazuje obr. 8. Toto zařízení obsahuje keramické izolační trubice 146 a 148 a centrální vodivou jiskrovou tyč 150. Zařízení je namontováno otvorem 152 a do tohoto otvoru 152 ve zkoseném tělese 122. Po projití zkoseným tělesem jsou keramické izolátory pokrývající jiskrovou tyč zakončeny, aby byl umožněn na straně po proudu od zkoseného tělesa výboj jiskrové tyče.

Přestože bylo v tomto popisu ukázáno několik variací provedení vynálezu, je zřejmé, že odborníci v oboru mohou snadno realizovat další modifikace, z nichž některé zde byly naznačeny. Záměrem níže uvedených patentových nároků je proto pokrýt takové modifikace, které spadají do vlastního rozsahu vynálezu.

Claims (2)

1. PATENTOVÉ NÁROKY *4

   444

   44 4444 »4 4 4 • · ♦ · 4 4 4 *•••444 { * * * * ··· ·4· 4 ** ·· 4 4444 ·· ·4 44 44 44

   1. Plynový trubkový zapalovač pro zapalování předem nesmíšené směsi vzduchu a paliva, obsahující vzduchové přívodní vedení, které má osu, přívodní konec a plamenový konec axiálně vzdálený od přívodního konce, palivové přívodní vedení vedoucí axiálně vnitřkem alespoň části vzduchového přívodního vedení a obsahující vstupní konec a výstupní konec, alespoň jeden odbočovací průchod se vstupním koncem a výstupním koncem vzdáleným od vstupního konce, který je spojen s palivovým přívodním vedením, vychylovací těleso umístěné ve vzduchovém přívodním vedení a uspořádané vzhledem k přívodnímu vzduchovému vedení tak, že vzduch proudící ve vzduchovém přívodním vedení protéká průchodem směrem od přední strany nejpřednějšího povrchu vychylovacího tělesa ke spodní straně vychylovacího tělesa, přičemž vstupní konec palivového přívodního vedení je umístěn axiálně ve směru proti proudu od nejpřednějšího povrchu vychylovacího tělesa a výstupní konec palivového přívodního vedení je umístěn vzhledem k vychylovacímu tělesu a vzduchovému přívodnímu vedení v místě směrem po proudu od nejpřednějšího povrchu vychylovacího tělesa tak, že palivo protékající palivovým přívodním vedením od jeho vstupního konce k jeho výstupnímu konci je izolováno od styku se vzduchem ve vzduchovém přívodním vedení, dokud palivo nevystoupí z výstupního konce palivového přívodního vedení, a výstupní konec odbočovacího průchodu je umístěn vzhledem k vychylovacímu tělesu tak, že palivo vystupující z příslušného odbočovacího průchodu jeho výstupním koncem je ve styku se vzduchem ve vzduchovém přívodním vedení, který prošel směrem po proudu od nejpřednějšího povrchu vychylovacího tělesa průchodem a výstupní konec odbočovacího

   - 12 0

   00 0 000 * 0 I

   0 0 4

   000 00 průchodu je radiálně vzdálen od výstupního konce palivového přívodního vedení, a zapalovací prvek pro podpoření zapalování paliva, které vystoupilo z odbočovacího průchodu.
2. 2. Plynový trubkový zapalovač podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje rozváděči kroužek, umístěný u výstupního konce uvedeného alespoň jednoho odbočovacího průchodu, pro úhlové rozvádění paliva vystupujícího z odbočovacího průchodu.

   3. Plynový vyzná komolý sfé trubkový č u j ící rický tvar. zapalovač se tím, podle nároku že vychylovací těl 1, eso má 4. Plynový trubkový zapalovač podle nároku 1, vyzná č u j ící se tím, že vychylovací těleso obsahuje otvor a palivové přívodní vedení je spojeno s tímto otvorem. 5. Plynový trubkový z a na 1 r>vař X ”· ΤΑΓίΗ Ί <=> Λ ¹ ! vyzná č u j ící se tím, že uvedený alespoň j eden odbočovací průchod je tvořen vývrtem ve vychylovacím tělese a vede pod úhlem vedeným od osy uvedeného otvoru. 6. Plynový trubkový zapalovač podle nároku 1,

   vyznačující se tím, že dále obsahuje rozváděči kroužek, umístěný u výstupního konce odbočovacího průchodu, pro úhlové rozvádění paliva vystupujícího z odbočovacího průchodu, přičemž vychylovací těleso má komolý sférický tvar a obsahuje otvor a palivové přívodní vedení je spojeno s tímto otvorem a uvedený alespoň jeden ·· 4»·· »

   444 >4

   444 4 4

   4 4 • 4

   4 4

   4 4

   4 4

   4 4

   4 4

   4 4

   444

   4 4 4 • · 4

   4 4 4

   4 4 4 4

   44 44

   - 13 odbočovací průchod je tvořen vývrtem ve vychylovacím tělese a vede pod úhlem vedeným od osy uvedeného otvoru.