CZ283660B6 - Integrovaný tangenciální spalovací systém - Google Patents

Abstract

Topeniště (10) pro spalování práškového tuhého paliva je tvořeno ve své spodní části hořákovou oblastí (14) a ve své střední části je opatřeno integrovaným tangenciálním spalovacím systémem (12), který je tvořen spodním patrem (104) přívodu vzduchu a horním patrem (106) přívodu vzduchu. V hořákové oblasti (14) je umístěna vzduchová skříň (20), do níž ústí přívodní potrubí (66) práškového tuhého paliva, která jsou napojena na rozdělovač (64) paliva. ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu řízení integrovaného tangenciálního spalovacího systému s nízkou produkcí oxidů dusíku ΝΟχ pro topeniště upravená pro spalování práškového tuhého paliva mající skupinu obvodových stěn vymezujících mezi sebou hořákovou oblast obsahující spalovací zóny s různými stechiometrickými poměry zahrnující přívod práškového tuhého paliva s předem stanovenou zrnitostí a jeho vhánění do hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva ústími trysek takovým způsobem, že zápalný bod vháněného práškového paliva se nachází ve vzdálenosti menší než 0,61 m od ústí palivových trysek.

Dosavadní stav techniky

Prášková tuhá paliva se již delší dobu spalují v pecích a jiných topeništích ve formě suspenze tangenciální spalovací metodou. Tangentciální spalovací technika spočívá v přívodu práškového tuhého paliva a vzduchu do topeniště z jeho čtyř rohů v takových směrech, že proudy práškového tuhého paliva a vzduchu jsou vedeny v tangenciálním směru k myšlenému kruhu uprostřed topeniště. Tento druh spalování má mnoho výhod, z nichž je třeba připomenout dobré promíchávání práškového tuhého paliva a vzduchu, stabilní podmínky pro vznik rovnoměrných plamenů a dlouhou dobu setrvání zplodin hoření v topeništích.

V minulosti se stále více pozornosti věnovalo snižování znečišťování okolního ovzduší na co nejmenší míru. V této souvislosti se začalo postupně zjišťovat v souvislosti s potřebou kontroly vzniku oxidů dusíku NO_X, že oxidy dusíku se tvoří při spalování fosilních paliv především dvěma základními mechanismy, které byly identifikovány jako tepelné NO_X a palivové NO_X. Tepelné NO_X vznikají tepelnou fixací molekulárního dusíku a kyslíku ve spalovacím vzduchu. Rychlost tvorby tepelných NO_X je mimořádně citlivá na místní teplotu plamene a poněkud méně na místní koncentraci kyslíku. Téměř všechny tepelné NO_X se tvoří v oblasti plamene, kde je největší teplota. Koncentrace tepelných NO_X je potom „zmrazená“ na úrovni, která se převážně vyskytuje v oblasti s vysokými teplotami, ochlazováním spalin. Koncentrace teplotních NO_X v kouřových plynech je proto mezi rovnovážnou úrovňovou charakteristikou, vyplývající z teploty špiček plamenů, a rovnovážnou úrovní při teplotě kouřových plynů.

Na druhé straně se palivové oxidy dusíku NO_X odvozují z oxidace organicky vázaného dusíku v určitých fosilních palivech, například v uhlí nebo v topných olejích. Množství vznikajících palivových NO_X je obecně výrazně ovlivněno rychlostí směšování fosilních paliv s proudem vzduchu a zejména místní koncentrací kyslíku. Avšak koncentrace NO_X v kouřových plynech, způsobená palivovým dusíkem, je zpravidla jen zlomkem, tvořícím například jen 20 až 60 procent celkového možného obsahu, který by vznikl z úplné oxidace veškerého dusíku obsaženého ve fosilních palivech. Z toho je tedy zřejmé, že celková tvorba NO_X je funkcí jak místní úrovně obsahu kyslíku v proudu směsi, tak také maximální teploty plamenů.

Po řadu let byly vyvíjeny různé modifikace tohoto základního provedení tangenciálního spalovacího systému. Mnoho z těchto konstrukčních řešení, zejména navržených v poslední době, zaměřují pozornost především na stále výraznější redukci emisí při provozu topeniště. Výsledkem jednoho takového návrhu je spalovací systém popsaný v US-PS 5 020 454 a nazvaný „Skupinový soustředný tangenciální spalovací systém“, který je určen ke stejnému účelu jako řešení podle vynálezu. Podle tohoto US-PS 5 020 454 je vytvořen skupinový· soustředný tangenciální spalovací systém, který je zejména vhodný pro spalování fosilních paliv v topeništích a který je opatřen vzduchovou rozvodnou skříní. První skupina palivových trysek je

- 1 CZ 283660 B6 upevněna v rozvodné skříni a je upravena pro vhánění paliva do topeniště, aby se tak v něm vytvořila první zóna s vysokým obsahem paliva. Druhý svazek palivových trysek je umístěn rovněž ve vzduchové rozvodné skříni a vhání palivo do topeniště tak, aby se v něm vytvořila druhá zóna s vysokým obsahem paliva. V rozvodné vzduchové skříni jsou také upevněny 5 přesazené vzduchové trysky, které injektují přesazený proud vzduchu nasměrovaný tak, že tento vzduchový proud směřuje stranou od proudu paliva vháněného do topeniště a je směrován ke stěnám topeniště. Uvnitř hořákové oblasti jsou umístěny samostatné vzduchové trysky pro přívod vzduchu shora, které jsou umístěny v odstupu od těsně spřažených vzduchových trysek pro přívod horního vzduchu a které jsou uloženy v podstatě v podélné ose rozvodné vzduchové 10 skříně. Samostatné vzduchové trysky pro přívod horního vzduchu jsou uváděny v činnost při injektování samostatných paprsků horního vzduchu do topeniště.

Výsledkem další takové konstrukční úpravy spalovacího systému je předmět US-PS 5 146 858 o názvu „Spalovací systém pro topeniště parního kotle“. V tomto US-PS 5 146 858 je popsán 15 spalovací systém pro topeniště parního kotle, který obsahuje hlavní hořáky umístěné na bočních stěnách nebo v rozích kotlového topeniště se čtvercovým průřezem, majícím svislou osu, přičemž hlavní hořáky jsou nasměrovány tangenciálně k myšlené válcové ploše, souosé s osou topeniště. Kromě toho jsou v tomto spalovacím systému pro topeniště parního kotle vzduchové trysky umístěny uvnitř topeniště v úrovni nad hlavními hořáky, takže nespálené palivo 20 nacházející se v redukční atmosféře nebo v atmosféře s nízkou koncentrací kyslíku, pocházejí z oblasti hlavních hořáků, může být dokonale spáleno po přimíšení přídavného vzduchu, přiváděného těmito horními vzduchovými tryskami. Tento kotlový spalovací systém podle US-PS 5 146 858 je zejména charakteristický tím, že obsahuje dvě skupiny vzduchových trysek, které jsou rozmístěny ve vyšším a nižším patře. Vzduchové trysky spodního patra jsou umístěny 25 v rozích vnitřního prostoru topeniště a jejich osy jsou nasměrovány tangenciálně k druhé myšlené koaxiální válcové ploše, která má větší průměr než první myšlená válcová plocha.

Vzduchové trysky horního patra jsou naproti tomu umístěny uprostřed ploch bočních stěn kotlového topeniště a jejich osy jsou nasměrovány tangenciálně k třetí myšlené koaxiální válcové ploše, která má menší průměr než druhá myšlená souosá válcová plocha.

Výsledkem ještě jiného známého řešení tohoto problému je předmět US-PS 5 195 450 o názvu „Zdokonalený systém s horním vzduchem pro kontrolu emisí NO_X“. V tomto US-PS 5 195 450 je popsán a zobrazen zdokonalený systém s přívodem horního vzduchu pro kontrolu emisí NO_X, který je určen pro využití ve spalovacích systémech pro spalování fosilních paliv v topeništích. 35 Tento zdokonalený systém s přívodem horního vzduchu pro kontrolu emisí NO_X obsahuje několik pater vzduchových oddílů pro přívod horního vzduchu, sestávajících ze skupiny těsně vzájemně spřažených vzduchových oddílů pro přívod horního vzduchu a skupinu samostatných přívodních vzduchových oddílů pro horní vzduch. Těsně vzájemně spřažené oddíly pro horní vzduchu jsou upevněny v první výškové úrovni uvnitř topeniště a samostatné vzduchové oddíly 40 pro přívod horního vzduchu jsou uchyceny v topeništi ve druhé výškové úrovni a jsou od spřažených oddílů oddáleny, avšak umístěny proti nim. Vzduch přiváděný do horní části plamene je dodáván jak k těsně spřaženým vzduchovým oddílům, tak také k samostatným vzduchovým oddílům pro horní vzduch, takže je dosaženo co nej výhodnějšího rozdělení přiváděného vzduchu mezi oběma skupinami přívodních míst a horní vzduch, přiváděný do horní části plamene a 45 vystupující z oddělených samostatných oddílů pro přívod horního vzduchu, vytváří vodorovné „sprchové“ nebo „ventilátorové“ rozložení horního vzduchu po celé ploše topeniště, přičemž horní vzduch vystupuje z oddělených horních oddílů pro přívod vzduchu do horní části plamenů rychlostmi, které jsou podstatně větší než dosud využívané rychlosti.

Předpokládá se, že v průběhu devadesátých let a na začátku jedenadvacátého století budou hrát významnou roli v zajišťování potřebné energie velké centrální elektrárny spalující prášková tuhá paliva. Tyto jednotky budou řešeny pro dosažení maximální účinnosti provozního cyklu, budou moci spalovat různé druhy paliva včetně recyklovaného paliva, budou mít maximální využitelnost, nízké pořizovací náklady a maximální udržovací náklady a současně co nejnižší

-2CZ 283660 B6 hladinu emisí, která by měla vyhovovat všem ekologickým požadavkům. V historii techniky v tomto oboru představuje tangenciální spalování cestu k podstatnému snížení produkce oxidů dusíku NO_X u velkých topenišť pro spalování práškového tuhého paliva. Snížení množství emisí NO_X je dosaženo odstupňováním spalovacího procesu, kterého je dosaženo fyzickým oddělením proudu práškového tuhého paliva od proudů vzduchu, vystupujících z rohů vzduchové rozvodné skříně. Plameny vytvořené u každé trysky pro přívod práškového tuhého paliva jsou stabilizovány globálními procesy, při kterých dochází k přenosu tepla a hmoty. Obálka vytvořená z plamenů, která má formu hořícího jádra, se nachází v průběhu spalovacího procesu uprostřed topeniště a vytváří stupňovitý sloupec směsi práškového tuhého paliva a vzduchu, který je vytvořen v celém topeništi v rovnoměrném rozložení. Tento tangenciální spalovací proces byl výhodný u postupných vzduchových stupňovitých procesů, u kterých bylo třeba regulovat tvorbu NO_X. Topeniště využívající hořící stěny paliva používají skupiny samočinně stabilizovaných hořáků, které nepotřebují globální uspořádání proudů paliva a vzduchu v topeništi pro dosažení rovnoměrného směšování práškového tuhého paliva a vzduchu. Výsledkem tohoto je, že toto stěnové spalovací uspořádání vytváří i při využívání samostatných proudů vzduchu přiváděného do horních částí plamenů místní oblast s vysokou teplotou a koncentrací kyslíku O₂, což způsobuje zvýšenou tvorbu NO_X.

A tak i když spalovací systém popsané v uvedených třech patentových spisech jsou plně funkční pro účely, pro které byly navrženy, mají řadu nevýhod, které je třeba u spalovacích systémů uvedených typů odstranit. Zejména se u těchto známých spalovacích systémů projevuje potřeba vyřešení takového tangenciálního spalovacího systému, u kterého by bylo možno regulovat úroveň emisí NO_X z topenišť pro spalování práškového tuhého paliva a který by byl srovnatelný s alternativními nejmodemějšími technologiemi pro výrobu elektrické energie, založenými na spalování práškového tuhého paliva, například s technologiemi využívajícími cirkulující fluidní lože (CFB) a integrovaný zplyňovací kombinovaný cyklus (IGCC) bez využití buď selektivní katalytické redukce (SCR) nebo selektivní nekatalytické refukce (SNCR). Konečně se také ukazuje potřeba takového zdokonalení známého tangenciálního spalovacího systému, aby bylo dosaženo snížení emisí z topenišť pro spalování práškového tuhého paliva na méně než 34,5 mg/GJ, přičemž současně by mělo být dosaženo snížení emisí uhlíku obsaženého v létavém popílku na méně než 5 % a snížení emisí CO na méně než 50 částic na milion. Kromě toho by měly být tyto mezní hranice emisí dosažitelné při spalování širokého rozsahu tuhých paliv od středně prchavého dehtovitého uhlí až po lignit, přičemž tato paliva jsou spalována v topeništi upraveném pro spalování práškového tuhého paliva a vybaveném novým a zdokonaleným tangenciálním spalovacím systémem. Kromě toho je třeba vytvořit takový zdokonalený tangenciální spalovací systém, u kterého by bylo možno pozornost zaměřit na celý spalovací systém pro spalování práškového tuhého paliva, to znamená včetně přípravy paliva rozmělňováním, vytváření primárních proudů vzduchu, vytváření zařízení pro přidávání paliva do proudu vzduchu a přivádění vzduchu v několika různých úrovních (přídavného vzduchu, horního vzduchu z těsně k sobě přiřazených trysek, samostatných proudů horního vzduchu). Souhrnně je možno řídi, že zdokonalený spalovací systém podle vynálezu může být považován za systém sestávající ze čtyř základních jednotek, zajišťujících rozmělňování tuhého paliva a jeho třídění, směšování práškového tuhého paliva se vzduchem a jeho spalování v blízkosti ústí palivové trysky pro přívod práškového tuhého paliva do plamenů, spalování paliva ve spodní části topeniště a spalování paliva v horní části topeniště (mezi hlavní rozvodnou vzduchovou skříní a horní klenbou topeniště. Kromě toho by měl tento zdokonalený tangenciální spalovací systém mít zdokonalené všechny čtyři základní části, uvedené v předchozím popisu.

Souhrnně je možno konstatovat, že ze známého stavu techniky vyplývá potřeba vytvořit zdokonalený spalovací systém, který by byl schopen při svém využití společně s topeništěm pro spalování práškového tuhého paliva snížit emise oxidů dusíku NO_X na 0,20 až 035 mg/GJ při spalování dehtovitého uhlí pocházejícího z východních států severoamerické Unie a dosáhnout srovnatelného spalování práškového tuhého paliva v topeništi pro spalování práškového tuhého paliva z hlediska produkce emisí s nejmodemější i spalovacími technologiemi jako je spalování

-3 CZ 283660 B6 ve fluidním loži a IGCC. Kromě toho u takového zdokonaleného spalovacího systému by mělo být dosaženo stanoveného cíle u emisí NO_X pouze technikou spalování, přičemž současně by měl být udržován obsah uhlíku v létavém popílku na hodnotách menších než 5 % a emise CO by měly být menší než 50 částic na milion. Zdokonalený tangenciální spalovací systém by tak měl umožnit dosažení minimální tvorby všech škodlivých emisí spojených s jeho provozem. V této souvislosti technická opatření použitá pro snížení tvorby NO_X, zejména uplatnění substechiometrického spalování v primární zóně, směšování práškového tuhého paliva a vzduchu v několika stupních, redukce nadbytku vzduchu a snížení rychlosti uvolnění tepla jsou všechny určeny pro regulaci množství kyslíku, které je k dispozici pro oxidaci, rychlosti hoření a špičkové teploty plamenů. Protože však tyto podmínky mohou zvyšovat potenciál pro tvorbu emisí CO, uhlovodíků a zvýšený podíl nespálených uhlíkových složek, je nutno dosáhnout u tohoto zdokonaleného spalovacího systému rovnováhy mezi těmito vzájemně si odporujícími faktory. Konkrétně je nutno, aby tento tangenciální spalovací systém podle vynálezu byl tvořen integrovaným tangenciálním spalovacím systémem, u kterého je rozmělňování tuhého paliva na jemné spalitelné částice kombinováno se směšováním palivových částic se vzduchem ve směšovacích ústrojích a se stupňovitým přívodem vzduchu do topeniště s využitím několika přívodních pater. Zdokonalený spalovací systém podle vynálezu se odlišuje od známých spalovacích tangenciálních systémů právě integrováním všech těchto základních řešení do jednoho kombinovaného celku.

Potřeba jemnějšího rozmělnění tuhého paliva je předem určena potřebou minimalizace ztrát spalitelných složek ve formě nespáleného uhlíku, ke kterým by mohlo docházet v důsledku stupňovitého spalovacího procesu, potřebného pro snížení emisí NO_X. U jemně rozmělněného práškového tuhého paliva může docházet k zapálení směsi se vzduchem v bezprostřední blízkosti ústí palivové trysky pro přívod práškového tuhého paliva do plamenů, což by podporovalo uvolňování dusíku vázaného na palivo a jeho následnou redukci na N₂ při stupňovitých podmínkách. Sekundární přínosy přinášejí větší částice (větší než oka síta, majícího 25 ok na délkový centimetr) dopadající na stěny topeniště pro spalování práškového tuhého paliva a mající větší stabilitu proti zapálení.

U směšovacích zařízení pro směšování práškového tuhého paliva se vzduchem je základním požadavkem zajištění polohy zápalného bodu práškového tuhého paliva ve větší blízkosti od ústí trysky než je tomu u konvenčních ústí přívodních trysek pro přívod práškového paliva. Rychlé zapálení práškového tuhého paliva produkuje stabilní plamen a omezuje tvorbu emisí NO_X ve směsném proudu práškového tuhého paliva a vzduchu na minimum. Kromě toho by měla směšovací zařízení umožnit vodorovné přesazení některých ze sekundárních proudů vzduchu, vycházejících ze vzduchové rozvodné skříně, aby bylo možno omezit množství vzduchu přiváděného do proudu paliva v průběhu počátečních fází spalovacího procesu. Vodorovné odklonění některých ze vzduchových proudů sekundárního vzduchu vytváří oxidačních prostředí v blízkosti vodních stěn topeniště pro spalování práškového tuhého paliva ve spalovací zóně a nad ní. Tím se redukuje množství usazujícího se popílku a jeho soudržnost se stěnami, takže se jednak zmenšuje potřeba používání vyfukovacích zařízení a jednak se zlepšuje absorbce tepla ve spodní části topeniště. Zvýšená hladina O₂ podél vodních stěn topeniště pro spalování práškového tuhého paliva také snižuje možnost koroze, zejména při spalování uhlí s vysokým obsahem síry, železa nebo alkalických kovů (K, Na). Koroze sulfidací nebo jiným mechanismem může být ve značném rozsahu regulována v praxi minimalizací potenciálu pro přímý dopad paliva na vodní stěny topeniště pro spalování práškového tuhého paliva. Tento potenciál je usměrňován konzervativními parametry pro uvolňování tepla a geometrií topeniště pro spalování práškového tuhého paliva a také zlepšenou kontrolou zrnitosti práškového tuhého paliva.

Potřeba vícestupňového přívodu vzduchu do topeniště v několika úrovních je dána potřebou vhánění části sekundárního vzduchu vzduchovými komorami a oddíly v horní části vzduchové skříně, aby se zlepšilo spalování uhlíku bez zvýšení produkce NO_X. Kromě toho by měla také existovat možnost vícestupňového přívodu vzduchu pomocí několika úrovní, ve kterých probíhá

-4CZ 283660 B6 injektování paprsků vzduchu, aby se tak mohla regulovat stechiometrie spalovací zóny vícestupňovým přívodem samostatných proudů vzduchu nad plameny (SOFA). V rozích topeniště pro spalování práškového tuhého paliva jsou vytvořena nejméně dvě patra pro přívod horního vzduchu mezi horní stranou vzduchové skříně a výstupní rovinou topeniště pro spalování práškového tuhého paliva pro vytvoření optimálních stechiometrických podmínek pro regulaci tvorby NO_X u daného práškového tuhého paliva. Samostatné přívodní vzduchové oddíly nebo komory mají možnost natáčení ve vodorovné rovině a naklánění ve svislé rovině, aby se tak dosáhlo nastavení přívodu spalovacího vzduchu a práškového tuhého paliva při směšovacím procesu pro maximální možnou kontrolu spalovatelných emisí jako je uhlík, oxid uhelnatý CO, uhlovodíky (THC) a polycyklické aromatické sloučeniny (PAC).

Úkolem vynálezu je tedy vyřešit zdokonalený tangenciální spalovací systém, který by byl zvláště vhodný pro použití společně s topeništěm pro spalování práškového tuhého paliva.

Dalším úkolem vynálezu je vyřešit takový zdokonalený tangenciální spalovací systém pro topeniště pro spalování práškového tuhého paliva, který by byl charakteristický tím, že při jeho provozu je možno regulovat a omezovat množství emisí NO_X odcházejících z topeniště pro spalování práškového tuhého paliva v míře srovnatelné s alternativními technologiemi používanými v moderních tepelných elektrárnách spalujících prášková tuhá paliva, například v cyrkulujícím fluidním loži (CFB) nebo v integrovaných zplyňovacích kombinovaných cyklech (IGCC) bez použití selektivní katalytické redukce (SCR) nebo selektivní nekatalytické redukce (SNCR).

Dalším úkolem vynálezu je vyřešit takový zdokonalený tangenciální spalovací systém pro topeniště pro spalování práškového tuhého paliva, který by byl charakteristický tím, že při jeho provozu je možno dosáhnout množství emisí NO_X z topeniště pro spalování práškového tuhého paliva nižšího než 34,5 mg^zGJ.

Řešením podle vynálezu má být také vytvořen zdokonalený tangenciální spalovací systém pro topeniště pro spalování práškového tuhého paliva, u kterého by se v průběhu jeho použití dosáhlo snížení emisí NO_X z topeniště pro spalování práškového tuhého paliva na hodnoty nižší než 34,5 mg/GJ a současně by se dosáhlo omezení obsahu uhlíku v létavém popílku pod 5 % a emise oxidu uhelnatého pod 50 částic na milion.

Řešením podle vynálezu má být také vytvořen nový a zdokonalený tangenciální spalovací systém pro topeniště pro spalování práškového tuhého paliva, u kterého by se v průběhu jeho použití dosáhlo snížení emisí NO_X z topeniště pro spalování práškového tuhého paliva na hodnoty nižší než 34,5 mg/GJ při spalování široké řady různých tuhých paliv od středně prchavého dehtovitého uhlí až po lignit v topeništi pro spalování práškového tuhého paliva.

Vynález má být vyřešen také tangenciální spalovací systém pro topeniště pro spalování práškového tuhého paliva, který by obsahoval jako svou nedílnou součást ústrojí pro přípravu práškového tuhého paliva rozmělňováním a také pro jeho třídění.

Dalším úkolem vynálezu je vytvoření tangenciálního spalovacího systému pro topeniště pro spalování práškového tuhého paliva, který by obsahoval ústrojí pro směšování práškového tuhého paliva se vzduchem a spalování směsi v blízkosti ústí palivové trysky pro vhánění práškového tuhého paliva.

Tangenciální spalovací systém pro topeniště pro spalování práškového tuhého paliva by měl také obsahovat jako svou část ústrojí pro spalování paliva ve spodní části topeniště.

- 5 CZ 283660 B6

V dalším výhodném provedení vynálezu by měl tangenciální spalovací systém pro topeniště pro spalování tuhého paliva také obsahovat jako svou část ústrojí pro spalování paliva v horní části topeniště.

Dalším úkolem vynálezu je vyřešení nového a zdokonaleného tangenciálního spalovacího systému pro topeniště ke spalování práškového tuhého paliva, u kterého by bylo rozmělňovací zařízení pro vytváření jemného práškového paliva kombinováno se zdokonaleným směšovacím ústrojím a s přívodem vzduchu do topeniště odstupňovaně v několika výškových úrovních, aby tak zdokonalený tangenciální spalovací systém tvořil integrovaný tangenciální systém pro topeniště pro spalování práškového tuhého paliva.

Ještě jiným úkolem vynálezu je vyřešení nového a zdokonaleného tangenciálního systému pro topeniště ke spalování práškového tuhého paliva, který by byl stejně vhodný jak pro nová zařízení, tak také pro rekonstruovaná zařízení.

Konečně posledním úkolem vynálezu je vyřešení nového a zdokonaleného tangenciálního systému pro topeniště ke spalování práškového tuhého paliva, který by bylo možno snadno instalovat, poměrně snadno udržovat v provozu a jehož pořízení by nemělo být nákladné.

Podstata vynálezu

Tyto úkoly jsou vyřešeny způsobem řízení integrovaného tangenciálního spalovacího systému s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X pro topeniště upravená pro spalování práškového tuhého paliva podle vynálezu, který spočívá vtom, že do hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva se vhání práškové tuhé palivo, které má minimální zrnitost přibližně 0 % na sítu s 20 oky na délkový centimetr, 1,5 % na sítu se 40 oky na délkový centimetr a více než 85 % projde sítem s 80 oky na dékový centimetr, do hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva se vhání dostatečné množství vzduchu podporujícího hoření, aby v první spalovací zóně hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva se dosáhlo stechiometrického poměru mezi 0,5 a 0,7, do hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva se vhání těsně na sebe navazující proudy horního vzduchu, aby v druhé spalovací zóně hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva byl stechiometrický poměr mezi 0,7 a 0,9. Do hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva se vhání dostatečné množství horního vzduchu ve spodním patře, aby ve třetí spalovací zóně hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva byl stechiometrický poměr mezi 0,9 a 1,02, do hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva se vhání dostatečné množství horního vzduchu v horním patře, aby ve čtvrté spalovací zóně hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva byl stechiometrický poměr větší než 1,07.

Doba, kterou trvá přemístění zplodin hoření převáděného práškového tuhého paliva mezi místem přívodu těsně přiřazeného proudu horního vzduchu do hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového paliva a místem přívodu horního patra samostatného horního vzduchu do hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva, je s výhodou delší než 0,3 sekundy.

Část vzduchu podporujícího hoření se přivádí do hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva výhodně jako vodorovně odkloněný proud vzduchu, takže v počátečních stadiích je k dispozici menší množství vzduchu podporujícího hoření mu vháněného práškového tuhého paliva.

Práškové tuhé palivo, vháněné do hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva, a vzduch podporující hoření, přiváděný do hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva, se s výhodou vhání v úhlu k diagonále procházející středem topeniště

-6CZ 283660 B6 pro spalování práškového tuhého paliva pro vytvoření vířivého proudu uvnitř topeniště pro spalování práškového tuhého paliva, majícího vířivé číslo větší než 0,6. Alespoň část práškového tuhého paliva se výhodně přivádí do hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva směrem nahoru. Alespoň část vzduchu podporujícího hoření se s výhodou vhání do hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva směrem dolů.

Spalovací systém obsahuje přívodní ústrojí pro přívod práškového tuhého paliva s předem stanovenou zrnitostí, ústí trysky upravené pro přívod práškového tuhého paliva do plamenů, soustředné spalovací trysky, těsně spřažené přívody horního vzduchu a vícestupňové přívody horního vzduchu. Přívodní ústrojí pro přívod práškového tuhého paliva je upraveno pro přípravu práškového tuhého paliva s minimální zrnitostí. Předpokládá se, že na sítech s 20, 40 a 80 oky na délkový centimetr se vytřídí částice paliva s průměrem přibližně 300 mikronů, 150 mikronů a 74 mikronů. Základním přínosem použití práškového tuhého paliva s uvedenou zrnitostí je možnost omezení ztrát spalitelných látek, tvořených nespáleným uhlíkem, dosahovaná vícestupňovým spalovacím procesem pro regulaci vzniku oxidů dusíku NO_X, který je u tohoto integrovaného tangenciálního spalovacího systému s nízkou produkcí NO_X využit.

Soustředné spalovací trysky jsou navrženy tak, aby byly schopny při svém provozu vytvořit vodorovné přesazení některých z proudů sekundárního vzduchu a aby tak bylo v počáteční fázi hoření přiváděno do proudu práškového tuhého paliva menší množství vzduchu. Těsně spřažené proudy horního vzduchu, přiváděného do horních částí plamenů, které jsou vháněny do topeniště pro spalování práškového tuhého paliva vzduchovými oddíly umístěnými na horní straně rozvodné vzduchové skříně, jsou určeny pro zlepšení spalování zbytkových množství uhlíku bez zvýšení produkce NO_X. Samostatné horní proudy vzduchu, uspořádané do několika stupňů jsou vháněny do topeniště pro spalování práškového tuhého paliva dalšími vzduchovými oddíly nebo komorami, které jsou uspořádány do dvou nebo více pater, která jsou umístěna mezi horní stranou hlavní vzduchové skříně a výstupní rovinou topeniště pro spalování práškového tuhého paliva tak, aby doba potřebná k přemístění plynných zplodin hoření práškového tuhého paliva po dráze od horní strany hlavní vzduchové skříně k horní straně posledního patra samostatných přívodů horního vzduchu, to znamená doba setrvání plynů v této oblasti, byla nejméně 0,3 sekundy.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí příkladů provedení zobrazených na výkresech, kde znázorňují obr. 1 schematický svislý řez základním provedením topeniště pro spalování práškového tuhého paliva, obsahujícím integrovaný tangenciální spalovací systém se sníženou produkcí oxidů dusíku NO_X podle vynálezu, obr. 2 schematický svislý řez základním provedením integrovaného tangenciálního spalovacího systému s nízkou produkcí NO_X, který je zvláště vhodný pro využití v topeništi pro spalování práškového tuhého paliva a který je vytvořen podle vynálezu, obr. 3 podélný řez ústím palivové trysky pro přívod práškového tuhého paliva do plamenů, která je vy užita u integrovaného tangenciálního spalovacího systému s nízkou produkcí NO_X podle vynálezu, obr. 4 čelní pohled na palivovou trysku pro přívod práškového tuhého paliva, opatřenou ústím vytvořeným podle obr. 3 a využitou u integrovaného tangenciálního spalovacího systému s nízkou produkcí NO_X podle vynálezu,

-7CZ 283660 B6 obr. 5 půdorysný pohled na sloupec hořícího paliva, znázorňující princip řesazeného spalování, které je využito u integrovaného tangenciálního spalovacího systému s nízkou produkcí NO_X podle vynálezu, obr. 6 půdorysný pohled na topeniště pro spalování práškového tuhého paliva, představující konkrétní realizaci integrovaného tangenciálního spalovacího systému s nízkou produkcí NO_X, znázorňující princip natáčení stavitelných trysek pro přívod samostatného horního vzduchu v integrovaném tangenciálním spalovacím systému s nízkou produkcí NO_X, obr. 7 svislý řez topeništěm pro spalování práškové tuhého paliva, které je součástí integrovaného tangenciálního spalovacího systému s nízkou produkcí NO_X podle vynálezu, naznačující princip vykyvování nastavitelných trysek pro samostatné přívody horního vzduchu, využité u integrovaného tangenciálního spalovacího systému s nízkou produkcí NO_X, obr. 8 grafické zobrazení porovnání hladin emisí oxidů dusíku NO_X, získaných ze dvou provozních zkoušek a jedné laboratorní zkoušky, prováděných na známých provedeních spalovacího systému se sníženou produkcí NO_X, vhodného pro topeniště pro spalování práškového tuhého paliva, obr. 9 grafické znázornění hladin emisí NO_X dosahovaných jednak u známých spalovacích systémů s nízkou produkcí NO_X, vhodných pro využití u topenišť pro spalování práškového tuhého paliva, a jednak u integrovaného tangenciálního spalovacího systému s nízkou produkcí NO_X podle vynálezu, obr. 10 grafické znázornění vlivu redukce stechiometrických poměrů v hlavní spalovací zóně topeniště pro spalování práškového tuhého paliva, které představuje realizaci integrovaného tangenciálního spalovacího systému s nízkou produkcí NO_X jak na úroveň emisí NO_X, tak také na obsah uhlíku v létavém popílku, obr. 11 grafické zobrazení účinku, který má stechiometrie na hladinu emisí NO_X, jestliže je použito tři různých spalovacích systémů s nízkou produkcí NO_X, z nichž každý je vhodný pro příkladná provedení topenišť pro spalování tuhého práškového paliva, obr. 12a grafické znázornění vlivu zrnitosti práškového tuhého paliva na obsah uhlíku v létavém popílku, jestliže je použito tři různých konstrukčních provedení spalovacího systému se sníženou produkcí NO_X, z nichž každý je vhodný pro použití u topeniště pro spalování práškového tuhého paliva, obr. 12b grafické znázornění vlivu zrnitosti práškového tuhého paliva na úroveň emisí NO_X na třech různých konstrukčních provedeních spalovacího systému se sníženou produkcí NO_X, upravených pro aplikaci v topeništi pro spalování práškového tuhého paliva, obr. 13a grafické znázornění množství CO získávaného při zkušebním spalování tří různých druhů práškového tuhého paliva v integrovaném tangenciálním spalovacím systému s nízkou produkcí NO_X podle vynálezu, obr. 13b grafické znázornění množství uhlíku obsaženého v létavém popílku získávaném při zkušebním spalování tří různých druhů paliva v integrovaném tangenciálním spalovacím systému s nízkou produkcí NO_X, obr. 13c grafické znázornění úrovně emisí NO_X získávaných při zkušebním spalování tří různých druhů paliva v integrovaném tangenciálním spalovacím systému s nízkou produkcí NO_X,

-8CZ 283660 B6 obr. 14 schematický svislý řez základními částmi topeniště pro spalování práškového tuhého paliva, ztělesňujícího princip integrovaného tangenciálního spalovacího systému s nízkou produkcí NO_X podle vynálezu, zobrazující směr proudění práškového tuhého paliva a vzduchu vháněného do topeniště pro spalování práškového tuhého paliva hlavní vzduchovou přívodní skříní, jestliže má být dosaženo vírového čísla většího než 0,6, obr. 15 půdorysný pohled na topeniště pro spalování práškového tuhého paliva, u kterého je využito integrovaného tangenciálního spalovacího systému s nízkou produkcí NO_X podle vynálezu, na kterém jsou zobrazeny úhly, ve kterých je práškové tuhé palivo a vzduch vháněno do topeniště pro spalování práškového tuhého paliva z hlavní vzduchové rozvodné skříně, aby se dosáhlo vírového čísla většího než 0,6, a obr. 16 je schematicky svislý řez části topeniště pro spalování práškového tuhého paliva, které je realizací integrovaného tangenciálního spalovacího systému s nízkou produkcí NO_X podle vynálezu, zobrazující natáčení spodních palivových trysek a spodních vzduchových trysek, aby se omezilo vytváření hromady popílku a zvýšila s konverze uhlíku.

Příklady provedení vynálezu

Na výkresech a zejména na obr. 1 je zobrazeno topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva. Protože podstata konstrukčního řešení a průběh spalování v takovém topeništi na spalování práškového tuhého paliva jsou odborníkům dostatečně známé, není zřejmě nutné popisovat podrobněji základní konstrukční znaky topeniště 10 pro spalování tuhých paliv, zobrazeného na obr. 1. Pro objasnění topeniště 10 pro spalování práškových tuhých paliv a možnosti jeho spolupůsobení s integrovaným tangenciálním spalovacím systémem 12 s nízkou produkcí NO_X, zobrazeným na obr. 2 výkresů, který může být podle vynálezu instalován do tangenciálního spalovacího systému 12, který je konstruován pro omezení produkce emisí NO_X z topeniště 10 pro spalování práškových tuhých paliv na hodnoty menší než 64,5 mg/GJ, přičemž současně je obsah uhlíku v produkovaném létavém popílku v topeništi pro spalování práškových tuhých paliv omezen na hodnoty menší než 5 % a emise oxidu uhelnatého CO jsou omezeny na 50 částic na milion, což je pokládáno za dostačující, přičemž v další části je uveden popis základních součástí topeniště 10 pro spalování práškových tuhých paliv, se kterým zmíněný integrovaný tangenciální spalovací systém 12 s nízkou produkcí NO_X spolupracuje. Pro podrobnější objasnění konstrukční podstaty a provozního režimu topeniště 10 pro spalování práškových tuhých paliv je možno využít také poznatků ze známého stavu techniky, zejména obsahu spisu US-PS 4 719 587 z 12.01.1988, který je určen ke stejnému účelu jako předmět vynálezu.

Z obr. 1 je zřejmé, že topeniště 10 pro spalování práškových tuhých paliv, zobrazené na tomto obrázku výkresů, obsahuje hořákovou oblast 14. Jak bude podrobněji objasněno v další části popisu podstaty konstrukčního řešení a činnosti integrovaného tangenciálního spalovacího systému 12 s nízkou produkcí NO_X, v hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškových tuhých paliv je způsobem, který je odborníkům dobře známý, možno vyvolat hoření práškového tuhého paliva a vzduchu. Horké plyny, které vznikají spalováním práškového tuhého paliva a vzduchu, stoupají potom nahoru uvnitř topeniště 10 pro spalování práškových tuhých paliv. V průběhu pohybu zplodin hoření směrem vzhůru uvnitř topeniště 10 pro spalování práškových tuhých paliv předávají horké plyny způsobem, který je odborníkům dobře známý, svoje teplo látce procházející trubkami, které nejsou pro zachování dostatečné přehlednosti příkladného provedení vynálezu na výkresu znázorněny a které jsou součástí všech čtyř stěn topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva. Horké plyny potom opouštějí topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva vodorovným průchozím pásmem 16 v horní části topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva, který na vnější straně přechází do koncového úseku 18 pro

-9CZ 283660 B6 odvádění spalin z topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva. Jak vodorovné průchozí pásmo, tak koncový· úsek 18 pro odvádění spalin obsahují další neznázoměné výměníkové plochy pro předávání tepla a pro generování a přehřívání páry způsobem, který je odborníkům dostatečně známý. Takto vytvořená pára je potom zpravidla přiváděna k neznázoměné turbině, která tvoří součást rovněž neznázoměné soustavy obsahující turbinu a generátor, ve kterém je pára hnací energií pro pohon neznázoměné turbiny a tím také neznázoměného generátoru, který je známými prostředky spřažen s turbinou tak, že z tohoto generátoru je získávána elektrická energie.

S využitím předchozího popisu jako základu pro další objasňování příkladů provedení vynálezu bude s pomocí obr. 1 a 2 vysvětleno konstrukční řešení integrovaného tangenciálního spalovacího systému 12 s nízkou produkcí NO_X, který je podle vynálezu určen pro funkční spřažení se spalovacím zařízením, jehož konstrukce je vytvořena podle zásad platných pro topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva a které je zobrazeno na obr. 1. Integrovaný spalovací systém 12 s nízkou produkcí NO_X je zejména určen pro využití v topných zařízeních podobného druhu jako je topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva podle obr. 1, které je tak při využití v kombinaci s integrovaným spalovacím systémem 12 s nízkou produkcí NO_X schopno omezit emise NO_X z topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva na hodnotu menší než 64,5 mg GJ, přičemž současně je obsah uhlíku v létavém popílku opouštějícím topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva omezen na 5 % a emise oxidu uhelnatého CO z topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva jsou omezeny na méně než 50 částic na milion.

Jak je nejlépe zřejmé z příkladů na obr. 1 a 2 zobrazených na výkresech, integrovaný tangenciální spalovací systém 12 s nízkou produkcí NO_X obsahuje skříň ve formě rozvodné hlavní vzduchové skříně 20, jejíž vytvoření je patrno z obr. 1 a 2. Hlavní vzduchová skříň 20 je upevněna způsobem, který je odborníkům zřejmý, pomocí neznázoměných podpěrných prostředků v hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva tak, že podélná osa rozvodné hlavní vzduchové skříně 20 probíhá v podstatě rovnoběžně s podélnou osou topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva.

Další pokračování popisu integrovaného tangenciálního spalovacího systému 12 s nízkou produkcí NO_X podle příkladného provedení zobrazeného na obr. 2 je zaměřeno na vytvoření hlavní vzduchové skříně 20. která obsahuje dvojici koncových vzduchových oddílů 22, 24. Jak je nejlépe možno pochopit z obr. 2, první z koncových vzduchových oddílů 22, je vytvořen na spodním konci hlavní vzduchové skříně 20. Druhý koncový vzduchový oddíl 24 je vytvořen v horní části hlavní vzduchové skříně 20. V hlavní vzduchové skříni 20 je podle příkladného provedení zobrazeného na obr. 2 kromě toho vytvořena skupina přímých vzduchových oddílů 26, 28, 30 a další skupina přesazených vzduchových oddílů 32, 34, 36, 38, 40. 42, 44, 46. Uvnitř každého z koncových vzduchových oddílů 22, 24 a uvnitř každého z přímých vzduchových oddílů 26, 28, 30 je umístěna vzduchová tryska, podepřená a upevněná v požadované poloze pomocí libovolného konvenčního upevňovacího prostředku, použitelného pro tento účel. Uvnitř každého z přesazených vzduchových oddílů 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46 je upevněna přesazená vzduchová tryska sloužící k účelům, které budou objasněny v další části popisu, podepřená v nastavené poloze pomocí libovolného druhu známých montážních prostředků, vhodných pro takový účel. Přívodní ústrojí pro přívod vzduchu, které není v zájmu uchování přehlednosti a jasnosti zobrazení na výkresech znázorněno, je napojeno na každý z koncových vzduchových oddílů 22, 24, na každý z přímých vzduchových oddílů 26, 28, 30 a také na každý z přesazených vzduchových oddílů 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, přičemž ústrojí pro přívod vzduchu přivádí vzduch do těchto oddělení a vede jej jejich vnitřkem do hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva. V tomto případě je ústrojí pro přívod vzduchu známého provedení a obsahuje neznázoměný ventilátor a neznázoměná vzduchová potrubí, která jsou napojena v průtokovém uspořádání na jednom konci na ventilátor a na druhém konci na vstupy koncových vzduchových oddílů 22, 24, přímých vzduchových oddílů 26, 28, 30 a přesazených

- 10CZ 283660 B6 vzduchových oddílů 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46 prostřednictvím samostatných neznázoměných ventilů, stoupátek a jiných ovládacích prvků.

Z příkladného provedení hlavní vzduchové skříně 20, zobrazeného na obr. 2, je patrno opatření této hlavní vzduchové skříně 20 skupinou palivových oddílů 48, 50, 52, 54, 56. V každém z palivových oddílů 48, 50, 52, 54, 56 je osazena palivová tryska 58, která je zobrazena na obr. 3. Tato palivová tryska 58 je upevněna pomocí v podstatě libovolných montážních prostředků a upevňovacích prvků v poloze odpovídající danému účelu uvnitř každého z palivových oddílů 48, 50, 52, 54, 56. Palivová tryska 58 je z důvodu, který bude uveden v další části popisu, opatřena ústím 60 trysky pro přívod práškového tuhého paliva, upraveným pro styk s plameny. Každý z palivových oddílů 48, 50, 52, 54, 56 je v příkladném provedení zobrazeném na obr. 2, které však není nijak omezující, označen jako uhelný oddíl. Rozumí se, že palivové oddíly 48, 50, 52, 54, 56 jsou vhodné také pro jiné druhy práškových tuhých paliv, to znamená jsou použitelné s libovolnou formou práškových tuhých paliv, která mohou být spalována v hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva.

Přívodní ústrojí 62 pro dodávání práškového tuhého paliva, které je schematicky zobrazeno na obr. 1, je spojeno s palivovými tryskami 58, které jsou umístěny a upevněny uvnitř palivových oddílů 48, 50, 52, 54, 56. přičemž přívodní ústrojí 62 práškového tuhého paliva dodává práškové tuhé palivo do palivových oddílů 48, 50, 52, 54, 56 a zejména do palivových trysek 58 umístěných a upevněných v jejich vnitřním prostoru pro rozprašování paliva do hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva. Toto přívodní ústrojí 62 práškového tuhého paliva obsahuje rozmělňovač 64 paliva, zobrazený na obr. 1, a přívodní potrubí 66 práškového tuhého paliva. Rozmělňovač 64 paliva je upraven pro přípravu práškového tuhého paliva s takovou minimální zrnitostí, že nadsítné na sítu s 20 oky na centimetr je téměř 0 %, na sítu se 40 oky na délkový centimetr je 1,5 % a více než 85 % paliva propadne sítem s 80 oky na délkový centimetr, přičemž částice procházející síty, popřípadě zachycené na sítech s 20, 40 a 80 oky na délkový centimetr jsou ekvivalentní částicím majícím velikost přibližně 300 mikronů, 150 mikronů a 74 mikronů. Rozmělňovač 64 paliva je také opatřen neznázoměným dynamickým třídičem. Kromě toho je toto přívodní ústrojí 62 práškového tuhého paliva pro zajištění funkce neznázoměného dynamického třídiče opatřeno rotačními třídicími lopatkami, které udílejí částicím práškového tuhého paliva odstředivé síly při jejich dopravě neznázoměným dynamickým třídičem proudem vzduchu. Rovnováha sil vyvozovaných jednak proudem vzduchu a jednak rotujícími lopatkami třídiče odděluje od sebe velké částice paliva od malých částic. Malé částice vystupují z neznázoměného dynamického třídiče, zatímco větší částice jsou zadržovány uvnitř rozmělňovače 64 paliva, aby se mohly dále rozmělňovat na menší částice. Požadavek na primární dodávku tuhých paliv s menší velikostí částic je odůvodněn potřebou snížení provozních ztrát při spalování, způsobených zejména nespálením části obsahu uhlíku, ke kterým dochází při stupňovitém spalovacím procesu, který je používán pro snižování produkce NO_X v integrovaném tangenciálním spalovacím systému 12 s nízkou produkcí NO_X, vytvořeném podle vynálezu. Jemnější částice tuhého paliva mohou mít za následek zapálení tuhého paliva těsně za výstupním ústím 60 palivové trysky 58 pro přívod práškového tuhého paliva a tím se zvyšuje uvolňování dusíku vázaného na palivo a jeho následná redukce na N₂ ve stupňovitém procesu. Sekundárním přínosem řešení podle vynálezu je menší velikost částic (které procházejí sítem svíce než 40 oky na délkový centimetr) dopadajících na vodní clonu v topeništi 10 pro spalování práškového tuhého paliva a zlepšenou stabilitu při zapalování.

Z rozmělňovače 64 paliva je práškové tuhé palivo mající zrnitost uvedenou v předchozí části popisu dopravováno přívodním potrubím 66 práškového tuhého paliva z rozmělňovače 64 paliva, ke kterému je toto přívodní potrubí 66 práškového tuhého paliva připojeno a od kterého práškové palivo vedeno do palivových trysek 58, upevněných v nastavených polohách uvnitř palivových oddílů 48, 50, 52, 54. 56. na které jsou přívodní potrubí 66 práškového tuhého paliva napojena prostřednictvím samostatných ventilů, šoupátek a ovládacích jednotek, které nejsou v případech na výkresech znázorněny. Ačkoliv to není na výkresech z důvodu zachování jejich přehlednosti

- 11 CZ 283660 B6 zobrazeno, rozmělňovač 64 paliva je napojen na neznázoměný ventilátor ústrojí pro zajišťování přívodu vzduchu, o kterém již byla zmínka v předchozím popisu, takže u tohoto řešení je tedy dopravován vzduch neznázoměným ventilátorem ústrojí pro zajišťování přívodu vzduchu do rozmělňovače 64 paliva, přičemž práškové tuhé palivo je potom dopravováno z rozmélňovače 64 paliva do palivových trysek 58 upevněných vhodnými upevňovacími prvky uvnitř palivových oddílů 48, 50. 52, 54. 56 přívodním potrubím 66 práškového tuhého paliva v proudu vzduchu způsobem, který je odborníkům v oblasti zařízení pro přípravu a dopravu práškových tuhých paliv velmi dobře znám.

Konstrukce ústí 60 palivové trysky 58 pro přívod práškového tuhého paliva do plamenů, zobrazeného na obr. 4, je řešeno s ohledem na jeho základní požadovanou funkci, kterou je potřeba zapálení směsi práškového tuhého paliva a vzduchu, vháněného z tohoto ústí 60 palivové trysky 58 do hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva v místě nacházejícím se v těsné blízkosti ústí 60, čímž se rozumí vzdálenost asi do 60 cm, což je vzdálenost podstatně menší než jaké byla dosažitelná u dosud známých ústí trysek pro vhánění práškového tuhého paliva do spalovacího pásma. Toto rychlé zapálení práškového tuhého paliva vyvolává stabilní hoření prchavých složek paliva klidným plamenem a v důsledku toho omezuje na minimum tvorbu oxidů dusíku NO_X v proudu směsi s vysokým obsahem paliva. Vynikající vlastnosti ústí 60 trysky pro přívod práškového tuhého paliva do plamenů jsou způsobeny širokou mřížkovou konstrukcí 68, zobrazenou na obr. 4, která je umístěna na výstupní straně ústí 60. Mřížková konstrukce 68 v ústí 60 palivové trysky 58 mění charakteristiky proudu obsahujícího směs práškového tuhého paliva a vzduchu, který vystupuje z ústí 60 palivové trysky 58 pro přívod práškového tuhého paliva do plamenů z v podstatě laminámího proudění na turbulentní proudění. Zvýšená turbulence ve směsném proudu práškového tuhého paliva a vzduchu zvyšuje rychlost dynamického šíření plamenů a intenzitu spalování. To má na druhé straně za následek rychlé zapálení celého proudu práškového tuhého paliva a vzduchu v těsné blízkosti ústí 60 trysky pro přívod práškového tuhého paliva, upraveného pro styk s plameny, avšak nikoliv bezprostředně v tomto ústí 60, vyšší počáteční teplotu plamenů, která zvyšuje na maximum uvolňování prchavých látek včetně palivového dusíku, a rychlé spotřebovávání kyslíku, který je k dispozici pro spalování v proudu směsi, a tím se omezuje počáteční tvorba NO. Skutečný přínos a ekonomický význam ústí 60 palivové trysky 58 pro přívod práškového tuhého paliva do plamenů, spočívá v možnosti dosažení vynikajícího výkonu bez nutnosti přímého navázání plamene na ústí 60 palivové trysky 58. Zkušenosti ukázaly, že dosud známá konstrukční provedení ústí trysek jsou náchylná na předčasná opotřebení a/nebo ucpávání při spalování určitých druhů práškových tuhých paliv. Protože ústí 60 trysky 58 pro přívod práškového tuhého paliva do plamenů, vytvořené podle vynálezu, je schopno udržovat stabilní oddělené plameny, má se za to, že tím bude možno řešit problémy s ucpáváním trysek a jejich předčasným shořením, což byly hlavní nevýhody dosud známých trysek a jejich ústí, která se nacházela příliš blízko hořícím plamenům.

Jak je nejlépe zřejmé z obr. 3 a 4, ústí 60 palivové trysky 58 pro přívod práškového tuhého paliva do plamenů je vytvořeno v podstatě ve tvaru hranolovité skříně 70 pravoúhelníkového průřezu. Hranolovitá skříň 70 má na dvou vzájemně protilehlých stranách otevřené konce 72, 74, které jsou dobře zřejmé z obr. 3 a kterými může vstupovat a vystupovat proud práškového tuhého paliva a primárního vzduchu přiváděný do ústí 60 trysky pro přívod práškového tuhého paliva do plamenů. Kolem hranolovité skříně 70 je vytvořen v malém odstupu průchozí kanál 76, zobrazený rovněž na obr. 3, pro vedení přídavného vzduchu, například vzduchu podporujícího hoření. Za unikátní a nový znak provedení ústí 60 palivové trysky 58 pro přívod práškového tuhého paliva do plamenů je možno považovat vytvoření jeho výstupní části. Na výstupní straně ústí 60 jsou umístěny čtyři rámečkové příčle 78a, 78b, 78c, 78d mající pravoúhelníkový průřez a uspořádané do obdélníkového rámečku, jak je to znázorněno na obr. 4, a upevněné uvnitř hranolovité skříně 70 pomocí libovolných známých a proto neznázoměných upevňovacích prostředků, které jsou pro tento účel vhodné, přičemž tyto čtyři rámečkové příčle 78a, 78b, 78c, 78d pravoúhelníkového průřezu jsou uspořádány souměrně kolem osy a středu výstupní roviny

- 12CZ 283660 B6 ústí 60 palivové trysky 58 pro přívod práškového tuhého paliva do plamenů. V této výstupní rovině ústí 60 trysky 58 pro přívod práškového tuhého paliva do plamenů jsou umístěny také střižné tyče 80, 82, zobrazené na obr. 4 a upevněné uvnitř hranolovité skříně 70 pomocí libovolných známých neznázoměných upevňovacích prostředků a vhodných pro tento účel tak, aby byly umístěny nahoře a mohly být využívány jako dosud.

Jak je nejlépe zřejmé z obr. 3 a 4 ústí 60 palivové trysky 58 pro přívod práškového tuhého paliva do plamenů je vytvořeno v podstatě ve tvaru hranolovité skříně 70 pravoúhelníkového průřezu. Hranolovitá skříň 70 má na dvou vzájemně protilehlých stranách otevřené konce 72, 74, které jsou dobře zřejmé z obr. 3 a kterými může vstupovat a vystupovat proud práškového tuhého paliva a primárního vzduchu přiváděný do ústí 60 trysky 58 pro přívod práškového tuhého paliva do plamenů. Kolem hranolovité skříně 70 je vytvořen v malém odstupu průchozí kanál 76, zobrazený rovněž na obr. 3, pro vedení přídavného vzduchu, například vzduchu podporujícího hoření. Za charakteristické zvláštnosti provedení ústí 60 trysky 58 pro přívod práškového tuhého paliva do plamenů je možno považovat vytvoření její výtokové výstupní části. Na jeho výstupní straně jsou umístěny čtyři rámečkové příčle, 78a, 78b, 78c, 78d, mající pravoúhelníkový průřez a spojené svými konci do obdélníkového rámu, jak je to znázorněno na obr. 4, a upevněné uvnitř hranolovité skříně 70 pomocí libovolných známých neznázoměných upevňovacích prostředků, vhodných pro tento účel, přičemž tyto čtyři rámečkové příčle 78a, 78b, 78c, 78d pravoůhelníkového průřezu jsou uspořádány souměrně kolem osy a středu výstupní roviny ústí 60 trysky 58 pro přívod práškového tuhého paliva do plamenů. V této výstupní rovině ústí 60 trysky 58 pro přívod práškového tuhého paliva do plamenů jsou umístěny také střižné tyče 80, 82, zobrazené na obr. 4, které jsou obě upevněny uvnitř hranolovité skříně 70 pomocí libovolných známých neznázoměných upevňovacích prostředků a vhodných pro tento účel tak, aby byly umístěny ve vnější a vnitřní výstupní rovině ústí 60 přívodní trysky 58 pro přívod práškového tuhého paliva do plamenů. Čtyři rámečkové příčle 78a. 78b, 78c, 78d pravoúhelníkového průřezu jsou připojeny ke střižným tyčím 80, 82 krátkými spojovacími příčlemi 84, 86 pravoúhelníkového průřezu, patrnými z bor. 4. Přesné rozměry hranolovité skříně 70 a také čtyř rámečkových přišlí 78a, 78b, 78c, 78d pravoúhelníkového průřezu a střižných tyčí 80, 82, které jsou upevněny uvnitř hranolovité skříně 70, jsou stanoveny na základě spalovacího výkonu a rychlosti spalování, které mají být u palivové trysky 58 dosaženy.

V další části popisu ústí 60 palivové trysky 58 pro přívod práškového tuhého paliva do plamenů je třeba zdůraznit, že hlavním účelem rámečkových příčlí 78a, 78b, 78c, 78d pravoúhelníkového průřezu je vytváření turbulence v proudu práškového tuhého paliva a primárního vzduchu, který vystupuje z předního konce 74 hranolovité skříně 70 pravoúhelníkového průřezu. Toto víření má několik výhodných účinků. Turbulencí vznikají víry, ve kterých je šíření plamene rychlejší než je rychlost pohybu proudu práškového tuhého paliva a primárního vzduchu a tím je umožněno přesunout bod zápalu této hořlavé směsi blíže k výstupu ústí 60 palivové trysky 58 pro přívod práškového tuhého paliva do plamenů, to znamená do menší vzdálenosti od výstupního konce tohoto ústí 60 než asi 60 cm.. Kromě toho jsou v takto proudící směsi relativní rychlosti práškového tuhého paliva a primárního vzduchu vzájemně rozdílné, což zlepšuje jejich promísení a tím se zamezí prchání látek z práškového tuhého paliva v oblasti bezprostředně navazující na palivovou trysku 58. Oba tyto účinky napomáhají snižovat produkci NO_X vytlačováním prchavých složek z paliva v oblasti s nedostatkem kyslíku, což je známou a účinnou podmínkou pro snížení množství NO_X, produkovaného při konverzi dusíku obsaženého v práškovém tuhém palivu na oxidy.

Ve vztahu k tomuto konstrukčnímu vytvoření je hlavní vzduchová skříň 20 opatřena podle svého příkladného vytváření na obr. 2 přídavným palivovým oddílem 88. Tento přídavný palivový oddíl 88 může být využíván k přivádění přídavného paliva jeho vstřikováním přídavnou palivovou tryskou do hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva, která je tvořena tryskou pro přívod jiného paliva než práškového tuhého paliva, například topného oleje nebo plynu, jestliže je přívod takového přídavného paliva považován za účelný.

- 13 CZ 283660 B6

Přivádění přídavného paliva může být výhodné například při najíždění topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva do plného provozu. I když je ve schematickém příkladném provedení hlavní vzduchové skříně 20, zobrazeném na obr. 2, obsažen jen jeden přídavný palivový oddíl 88, rozumí se, že hlavní vzduchová skříň 20 může být opatřena i dalšími přídavnými palivovými oddíly 88, aniž by taková provedení byla mimo rámec vynálezu. Jestliže je v některých případech výhodné použití dalších přídavných palivových oddílů 88, je možno takovou úpravu realizovat náhradou jednoho nebo několika přímých vzduchových oddílů 26, 28, 30 přídavným palivovým oddílem 88.

V další části popisu příkladného provedení vynálezu bude pozornost zaměřena na princip činnosti tohoto zařízení pro přesazené spalování. K tomuto účelu bude sloužit zejména příklad zobrazený na obr. 5. Jak je nejlépe patrno z tohoto obr. 5, proud práškového tuhého paliva a primárního spalovacího vzduchu se vhání do hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva skrze palivové oddíly 48, 50, 52, 54, 56 pro práškové tuhé palivo ve směru šipky 90, zobrazené na obr. 5, na imaginární vnitřní kruhovou oběžnou dráhu 92 s menším průměrem, zobrazenou na obr. 5, která se nachází uprostřed hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva. Na rozdíl od tohoto proudu práškového tuhého paliva s primárním vzduchem se vzduch podporující hoření, to znamená sekundární vzduch, který je vháněn do hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva přesazenými vzduchovými oddíly 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, přivádí ve směru šipky 94, zobrazené na obr. 5, na imaginární vnější kruhovou oběžnou dráhu 96 s větším průměrem, která je při svém výskytu soustředná s vnitřní oběžnou drahou 92, nacházející se rovněž v soustředné poloze uvnitř hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva.

Vodorovné odklonění některých z proudů sekundárního vzduchu uvnitř hlavní vzduchové skříně 20 způsobuje, že v počátečních stádiích spalovacího procesu má směsný proud práškového tuhého piva a primárního vzduchu nižší obsah vzduchu. Tím se vytváří oxidační prostředí v blízkosti vodních stěn topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva uvnitř spalovacího pásma pro spalování práškového tuhého paliva a primárního vzduchu a nad ním. To má za následek snížení množství usazujícího se a ulpívajícího popílku, což vede jednak k omezení nutnosti odstraňování popílku stěnovými ventilátory a jednak ke zvýšení absorbce tepla ve spodní části topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva. Zvýšení hladiny kyslíku O₂ podél vodních stěn topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva také snižuje korozní potenciál, zejména jestliže je spalováno práškové tuhé palivo s vysokou koncentrací síry, železa nebo alkalických kovů (K, Na). Koroze vyvolávaná sulfidací nebo jinými mechanismy může být v praxi řízena minimalizací možnosti přímého dopadu proudu práškového tuhého paliva a primárního vzduchu a vodní stěny topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva. Tento potenciál koroze je určen uvolňovacími parametry konzervovaného tepla a geometrií topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva a také zlepšenou regulací zrnitosti práškového tuhého paliva, které je spalováno v topeništi 10 pro spalování práškového tuhého paliva.

V dalším popisu integrovaného tangenciálního spalovacího systému 12 se sníženou produkcí NO_X, zobrazeného schematicky na obr. 2, bude objasněna funkce dvojice těsně vzájemně spřažených horních vzduchových oddílů 98, 100 pro přívod vzduchu shora nad plameny, umístěných v horní části hlavní vzduchové skříně 20 tak, aby byly umístěny v podstatě vedle druhého koncového vzduchového oddílu 24. Vzduchové trysky pro přívod horního vzduchu jsou umístěny těsně vedle sebe nad plameny a upevněny v požadované poloze některými ze známých a neznázoměných upevňovacích prvků, vhodných pro tento účel, a nacházejí se uvnitř každého z těsně vzájemně spřažených horních vzduchových oddílů 98, 100 pro přívod vzduchu nad plameny. Každý z těsně vzájemně spřažených horních vzduchových oddílů 98, 100 je spojen s neznázoměnými přívodními ústrojími pro přívod vzduchu, se kterými je také spojen, jak již bylo popsáno, každý z koncových vzduchových oddílů 22, 24 a také každý z přímých vzduchových oddílů 26, 28, 30 a každý z přesazených vzduchových oddílů 32, 34, 36, 38. 40, 42, 44, 46 tak, že neznázoměné přívodní ústrojí vzduchu dodává část vzduchu podporujícího

- 14CZ 283660 B6 spalování do každého z těsně vzájemně spřažených horních vzduchových oddílů 98, 100 pro dodávání vzduchu nad plameny, kterými je vzduch vháněn do hořákové oblasti 14 topeniště £0 pro spalování práškového tuhého paliva. Vhánění tohoto vzduchu podporujícího spalování horními vzduchovými oddíly 98, 100 pro dodávání vzduchu nad plameny má značný význam pro spalování uhlíku bez zvýšení produkce ΝΟχ.

Při dalším objasňování povahy konstrukčního řešení integrovaného spalovacího systému 12 s nízkou produkcí NO_X je třeba uvést, že v každém rohu topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva jsou vytvořeny nejméně dvě nad sebou umístěné samostatné úrovně přívodu odděleného vzduchu shora nad plameny, které jsou umístěny mezi horní stranou hlavní vzduchové skříně 20 a výstupní rovinou 102 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva, zobrazenou na obr. 1. Podle příkladného provedení zobrazeného na obr. 1 a 2 zahrnuje integrovaný tangenciální spalovací systém 12 s nízkou produkcí NO_X dvě diskrétní patra přívodu samostatného vzduchu, které jsou zobrazeny na obr. 1 a 2 a kterými je spodní patro 104 samostatného přívodu vzduchu shora nad plameny a horní patro 106 samostatného přívodu vzduchu shora nad plameny ve spalovacím prostoru, jak je to zobrazeno na obr. 1 a 2. Spodní patro 104 samostatného přívodu vzduchu nad spalovací prostor je podepřeno a upevněno libovolnými známými podpěrnými prvky, které nejsou na výkresech zobrazeny, které jsou vhodné pro tento účel a jsou uspořádány uvnitř hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva tak, aby byly dostatečně vzdáleny od horní strany hlavní vzduchové skříně 20 a zejména od horní strany těsně spřaženého horního vzduchového oddílu 100 tak, aby se nacházelo v podstatě v podélné ose hlavní větrné skříně 20. Podobně je horní patro 106 samostatného přívodu vzduchu nad spalovací prostor podepřeno libovolnými známými podpěrnými prvky, které nejsou zobrazeny a které jsou vhodné pro tento účel uvnitř hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva tak, aby bylo dostatečně vzdáleno od spodního patra 104 přívodu vzduchu nad spalovací prostor a aby se nacházelo v podstatě v podélné ose hlavní vzduchové skříně 20. Spodní patro 104 a horní patro 106 těchto dvou samostatných přívodů vzduchu nad spalovací prostor jsou umístěny na vhodných místech mezi horní stranou hlavní vzduchové skříně 20 a výstupní rovinou 102 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva tak, aby čas, který plyny vznikající při spalování práškového tuhého paliva potřebují pro přemístění z horní strany hlavní vzduchové skříně 20 k horní straně horního patra 106 samostatného přívodu vzduchu nad spalovací prostor, to znamená doba pobytu těchto plynů v tomto prostoru, byl delší než 0,3 sekundy.

V další části popisu pokračuje podrobnější objasňování uspořádání spodního patra 104 samostatného přívodu vzduchu nad spalovací prostor a horního patra 106 samostatného přívodu vzduchu nad spalovací prostor, přičemž z příkladů na obr. 1 a 2 je patrno, že spodní patro 104 samostatného přívodu vzduchu nad spalovací prostor je tvořeno třemi samostatnými spodními vzduchovými komorami 108, 110, 112 pro přívod vzduchu nad spalovací prostor, zobrazenými na obr. 2. Podobně je také horní patro 106 samostatného přívodu vzduchu nad spalovací prostor tvořeno třemi samostatnými horními vzduchovými komorami 114, 116, 118 pro přívod vzduchu nad spalovací prostor, zobrazenými rovněž na obr. 2. Jednotlivé vzduchové trysky pro přívod vzduchu nad spalovací prostoj jsou upevněny v potřebných polohách pomocí neznázoměných známých upevňovacích prostředků, vhodných pro tento účel, uvnitř každé ze samostatných spodních vzduchových komor 108, 109, 112 spodního patra 104 samostatného přívodu vzduchu nad spalovací prostor a uvnitř každé ze samostatných horních vzduchových komor 114, 116, 118 horního patra 106 samostatného přívodu vzduchu nad spalovací prostor, přičemž upevnění vzduchových trysek má umožnit jejich natáčení jak do stran, tak také nahoru a dolů. Jak je možno nejlépe pochopit z obr. 6, natáčivý pohyb vzduchových trysek do stran řídí pohyb vzduchu ve vodorovné rovině, to znamená ve směrech naznačených šipkami 120 na obr. 6. Výkyvný pohyb vzduchových trysek ve směru nahoru a dolů, který je seznatelný z obr. 7, mění směr proudu vzduchu, vyznačený na obr. 7 šipkou 122, ve svislé rovině.

- 15 CZ 283660 B6

Pro úplnost popisu spodního patra 104 samostatného přívodu vzduchu nad spalovací prostor a horního patra 106 samostatného přívodu vzduchu nad spalovací prostor je nutno dodat, že každá ze samostatných spodních vzduchových komor 108, 110, 112 spodního patra 104 samostatného přívodu vzduchu nad spalovací prostor je spojena průtočnými kanálky se stejným neznázoměným zdrojem vzduchu jako každý koncový vzduchový oddíl 22, 24, každý přímý vzduchový oddíl 26, 28, 30, každý z přesazených vzduchových oddílů 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46 a každý s těsně vzájemně spřažených vzduchových oddílů 98, 100 pro přívod vzduchu nad spalovací prostor tak, že neznázoměné ústrojí pro přívod vzduchu dodává část vzduchu podporujícího hoření do každé ze samostatných spodních vzduchových komor 108, 110, 112, kterými je vzduch vháněn do hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva. Podobně je každá ze samostatných horních vzduchových komor 114, 116, 118 horního patra 106 samostatného přívodu vzduchu nad spalovací prostor propojena průtočnými kanálky se stejným neznázoměným zdrojem vzduchu, na který je také napojen, jak již bylo popsáno v předchozí části popisu, každý koncový vzduchový oddíl 22, 24, každý přímý vzduchový oddíl 26, 28, 30, každý z přesazených vzduchových oddílů 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46 a každý s těsně vzájemně spřažených vzduchových oddílů 98, 100 pro přívod vzduchu nad spalovací prostor tak, že neznázoměné ústrojí pro přívod vzduchu dodává část vzduchu podporujícího hoření do každé ze samostatných horních vzduchových komor 114. 116, 118, kterými je vzduch vháněn do hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva.

Účinek požití vícestupňového přívodu vzduchu nad spalovací prostor, to znamená přívodu ve dvou nebo i více úrovních nad spalovacím prostorem, spočívá v tom, že se tím umožňuje optimalizace stechiometrie uvnitř hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva z hlediska maximálního snížení produkce NO_X konkrétně pro každé použité tuhé palivo. Kromě toho je využíváním možnosti změny poloh samostatných spodních vzduchových komor 108, 110, 112 spodního patra 104 samostatného přívodu vzduchu nad spalovací prostor a samostatných horních vzduchových komor 114, 116, 118 horního patra 106 samostatného přívodu vzduchu nad spalovací prostor jejich natáčením ve vodorovném směru a naklápěním ve svislém směru možno působit na dosažení optimálního průběhu procesu směšování spalovacího vzduchu a spalin, aby se dosáhlo maximálního řízení produkce spalitelných produktů jako je uhlík, oxid uhelnatý, uhlovodíky (THC) a polycyklické aromatické sloučeniny (PAC).

Další popis bude zaměřen na činnost integrovaného tangenciálního spalovacího systému 12 s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X, vytvořeného podle vynálezu, který je určen pro využití v pecích a jiných topeništích pro spalování práškového tuhého paliva, zejména v topeništi 10 pro spalování práškového tuhého paliva z obr. 1, přičemž tento integrovaný tangenciální spalovací systém 12 s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X je schopen omezit množství vznikajících oxidů dusíku NO_X při spalování práškových tuhých paliv v topeništi 10 na méně než 64,5 mg/GJ, přičemž současně je produkce létavého popílku v topeništi 10 pro spalování práškových tuhých paliv omezena na hodnotu menší než 5 % a emise oxidu uhelnatého CO jsou omezeny na méně než 50 částic na milion. Při provozu integrovaného tangenciálního spalovacího systému 12 s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X je do něj přiváděno z rozmělňovače 64 tuhého paliva připravené práškové tuhé palivo s takovou zrnitostí, že zbytek na sítu s 20 oky na centimetr je téměř 0 %, na sítu se 40 oky na délkový centimetr je asi 1,5 % a více než 85 % práškového paliva projde sítem s 80 oky na délkový centimetr, přičemž částice zachycené na sítech s 20, 40 a 80 oky na délkový centimetr jsou ekvivalentní částicím majícím velikost přibližně 300 mikronů, 150 mikronů a 74 mikronů. Práškové tuhé palivo mající zrnitost uvedenou v předchozí části je dopravováno převodním potrubím 66 paliva od rozmělňovače 64 pro přípravu práškového paliva do jednotlivých palivových oddílů 48, 50, 52, 54, 56 pro práškové palivo. Práškové tuhé palivo, které je v této fázi stále ještě unášeno proudem vzduchu, je potom vháněno do hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva pomocí ústí 60 palivové trysky 58 pro přívod práškového tuhého paliva do spalovací oblasti, umístěné v každém z palivových oddílů 48, 50, 52, 54, 56 pro práškové tuhé palivo, přičemž zápalný bod práškového tuhého paliva vháněného do plamenů je ve vzdálenosti menší než 60 cm od příslušného jednoho z ústí 60

- 16CZ 283660 B6 trysek pro přívod práškového tuhého paliva do spalovací oblasti, kterými je práškové tuhé palivo vháněno, takže vzniká stabilní plamen podobný jako při spalování těkavých hořlavin a při hoření je produkováno minimální množství oxidů dusíku NO_X v proudu s vysokým obsahem práškového tuhého paliva.

V dalším pokračování popisu činnosti integrovaného tangenciálního spalovacího systému 12 s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X je třeba připomenout, že do hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva je vháněno předem stanovené množství vzduchu podporujícího hoření a tvořeného sekundárním vzduchem, přiváděným každým z koncových vzduchových oddílů 22, 24, každým z přímých vzduchových oddílů 26, 28. 30 a každým z přesazených vzduchových oddílů 32, 34. 36, 38, 40, 42. 44, 46 tak, že stechiometrie uvnitř hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva a zejména uvnitř jeho primární spalovací zóny se pohybuje mezi 0,5 a 0,7. Stechiometrií se v této souvislosti rozumí teoretické množství vzduchu, které je potřebné k dokonalému spálení práškového tuhého paliva a jako primární spalovací zóna se v tomto případě označuje oblast ležící mezi prvním koncovým vzduchovým oddílem 22 a druhým koncovým vzduchovým oddílem 24. Účinek dosažené stechiometrie mezi 0,5 a 0,7 v primární spalovací zóně se projevuje tím, že uvolňování dusíku z práškového tuhého paliva, vháněného do této primární spalovací zóny palivovými oddíly 48, 50, 52, 54, 56 pro práškové tuhé palivo, a přeměna tohoto dusíku na molekulární dusík, to znamená na N₂, je zvýšena na maximum. Případným účinkem tohoto řešení je omezení celkového unášeného množství dusíkových atomových složek, to znamená NO, HCN, NH3 a pyrolýzového dusíku z primární spalovací zóny do další zóny uvnitř hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva, na minimum.

Kromě vzduchu podporujícího spalování, vháněného podle předchozího popisu příkladného provedení do primární spalovací zóny, je přiváděno do prostoru hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva nad spalovací pásmo předem stanovené množství vzduchu podporujícího spalování každým z těsně vedle sebe uspořádaných horních vzduchových oddílů 98, 100 pro přívod vzduchu nad plameny, přičemž množství takto přiváděného vzduchuje regulováno s ohledem na požadavek, aby stechiometrie uvnitř hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva a zejména uvnitř oblasti pro pseudospalování oxidů dusíku NO_X byla mezi 0,7 a 0,9. Pojem „oblast pro pseudospalování oxidů dusíku NO_X“ používaný v tomto popisu označuje oblast, která se nachází mezi horním vzduchovým oddílem 100 pro přívod vzduchu nad spalovací pásmo a první samostatnou spodní vzduchovou komorou 108 spodního patra 104 přívodu vzduchu nad spalovací pásmo. Tento stechiometrický účinek je v oblasti pro pseudospalování oxidů dusíkuNO_X mezi 0,7 a 0,9 aje zde maximalizována redukce NO na N₂ reakcí s uhlovodíky a/nebo aminovými radikály.

Při dalším popisu činnosti integrovaného tangenciálního spalovacího systému 12 s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X, vytvořeného podle vynálezu je třeba připomenout, že se vhání předem stanovené množství vzduchu podporujícího hoření ve formě samostatného proudu vzduchu vháněného nad spalovací oblast do hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva. Konkrétněji řečeno, první předem stanovené množství vzduchu podporujícího hoření ve formě samostatného proudu vzduchu, přiváděného nad spalovací oblast, je vháněno do hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva každou ze spodních vzduchových komor 108, 110, 112 spodního patra 104 přívodu vzduchu nad spalovací oblast tak, že stechiometrie existující uvnitř hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva a zejména uvnitř reakční zóny, ve které dochází k depleci dusíku, je mezi 0,9 a 1,2. Pod pojmem reakční dusíková depletiční zóna, používaným v těchto souvislostech, se rozumí zóna ležící mezi samostatnou spodní vzduchovou komorou 112 spodního patra 104 přívodu vzduchu nad spalovací oblast a samostatnou horní vzduchovou komorou 114 horního patra 106 přívodu vzduchu nad spalovací oblast. Účinek stechiometrie mezi 0,9 a 1,02 v reakční dusíkové depleční zóně spočívá vtom, že unášení reakčních dusíkových složek, tvořených zejména NH₃, HCN a pyrolyzovaným dusíkem, do výstupní oblasti

- 17CZ 283660 B6 hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva je omezeno na minimum, přičemž je současně zvýšena přeměna těchto složek na molekulární dusík N₂.

Druhé předem stanovené množství vzduchu podporujícího hoření ve formě samostatných proudů vzduchu přiváděných nad spalovací oblast je vháněno do hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva každou ze samostatných horních vzduchových komor 114, 116, 118 horního patra 106 samostatného přívodu vzduchu nad spalovací oblast tak, že stechiometrický poměr uvnitř hořákové oblasti 14 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva a zejména uvnitř jejího konečného spalovacího pásma je nejméně 1,07. Pojmem konečné spalovací pásmo, použitým v tomto popisu, se rozumí pásmo ležící mezi třetí samostatnou horní vzduchovou komorou 118 horního patra 106 samostatného přívodu vzduchu nad spalovací oblast a výstupní rovinou 102 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva. Účinek této stechiometrie rovné nejméně 1,07 v konečném spalovacím pásmu se projeví ve zvýšení stechiometrie ve výsledném vycházejícím vzduchu, aby se omezila emise CO, THC/VOC a nespálených složek a současně se omezovala tvorba tepelných oxidů dusíku NO_X na minimum.

Souhrnně lze říci, že integrovaný tangenciální spalovací systém 12 s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X, přičemž tato optimální stechiometrie se pohybuje mezi 0,5 a 0,7. Druhým předpokladem pro dosažení maximální redukce vzniku oxidů dusíku NO_X a/nebo maximální účinnost spalování při provozu integrovaného tangenciálního spalovacího systému 12 je zajištění optimálního procentního přívodu vzduchu v každé dané úrovni nad spalovacím prostorem. Tento optimální procentní přívod vzduchu se předpokládá mezi 10 % a 20 %. Třetím předpokladem pro dosažení uvedených výsledků jsou čtyři důležité reakční postupy v celém procesu spalování, při kterém se tvoří nebo rozkládají oxidy dusíku NO_X. Každý z těchto reakčních kroků má své zvláštní optimální podmínky včetně stechiometrie. Jak bylo popsáno v předchozí části popisu, zóny, ve kterých probíhají tyto čtyři reakční stupně, jsou následující: primární spalovací zóna, ve které je stechiometrický poměr udržován mezi 0,5 a 0,7 zóna pseudospalování oxidů dusíku NO_X, ve které je stechiometrický poměr mezi 0,7 a 0,9, zóna reakčního snižování obsahu dusíku, ve které je stechiometrický poměr v rozsahu mezi 0,9 a 1,02, a konečná spalovací zóna, ve které je stechiometrický poměr nejméně 1,07. V souladu s podstatou konstrukčního vytvoření integrovaného tangenciálního spalovacího systému 12 s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X je vícestupňový samostatný přívod vzduchu nad spalovací oblast upraven pro vhánění vzduchu do topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva samostatnými vzduchovými oddíly nebo komorami, například samostatnými vzduchovými komorami 108, 110, 112 pro přívod vzduchu nad spalovací prostor, které patří do spodního patra 104 pro samostatný přívod vzduchu nad spalovací oblast a prostřednictvím dalších samostatných horních vzduchových komor 114, 116, 118 horního patra 106 samostatného přívodu vzduchu nad spalovací prostor, přičemž tento vzduch je přiváděn do nejméně dvou výškových úrovní, které se nacházejí mezi horní stranou hlavní vzduchové skříně 20 a výstupní rovinou 102 topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva tak, že doba setrvání proudu zplodin hoření práškového tuhého paliva v této oblasti, to znamená doba, po kterou trvá přemístění plynů vznikajících při spalování práškového tuhého paliva po dráze od horního konce hlavní vzduchové skříně 20 k horní straně nejvyšší úrovně pro samostatný přívod vzduchu nad spalovací oblast, kterou je u příkladného provedení integrovaného tangenciálního spalovacího systému 12 s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X, zobrazeného v příkladném provedení na obr. 1 a 2, horní strana třetí horní vzduchu nad spalovací oblast.

Při ověřování činnosti integrovaného tangenciálního spalovacího systému 12 s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X, vytvořeného podle vynálezu, bylo použito tří druhů práškových tuhých paliv, označených jako palivo A, B, C, která jsou reprezentativními druhy práškových tuhých paliv těžených ve východních státech severoamerické Unie a která jsou využívána u integrovaného tangenciálního spalovacího systému 12 s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X podle vynálezu. Analýza těchto tří typů práškových tuhých paliv ukázala jejich následující složení:

- 18CZ 283660 B6

Typ práškového

tuhého paliva	A	B	C
HHV (J/kg)	30,4	30,60	28,83
FC/VM	2,2	L6	1,2
vlhkost (% hmot)	4,2	5,1	7,0
dusík N (% hmot.)	1,1	1,3	0,9
síra S (% hmot.)	0,8	1,3	3,6
popílek (% hmot.)	9,7	8,4	8,0

Prášková tuhá paliva z východních států Unie byla vybrána z toho důvodu, protože u nich dochází v menším rozsahu ke stupňovitému spalování, zejména má-li být dosaženo nižšího objemu emisí oxidů dusíku NO_X a nižšího obsahu nespáleného uhlíku v létavém popílku. Klasifikační pravidla Americké společnosti pro zkoušení a materiály (ASTM) pro prášková tuhá paliva jsou následující: práškové tuhé palivo A musí obsahovat středně prchavé živice a jak 15 práškové tuhé palivo B, tak také práškové tuhé palivo C musí obsahovat vysoce prchavé živice.

Laboratorní přístroje a zařízení, které byly využity při vývoji integrovaného tangenciálního spalovacího systému 12 s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X podle vynálezu, v podstatě kopírují všechny hlavní konstrukční znaky typického topeniště v tangenciálním přívodem práškového 20 tuhého paliva včetně spodního topeniště, bunkru pro zachycování popela, skupiny hořáků, klenbového úseku, přehřívacích a/nebo přihrivacích panelů a konvenčních ploch pro odebírání tepla. Laboratorní přístroje a zařízení prokázaly možnost udržet úroveň produkce emisí oxidů dusíku NO_X souhlasnou s měřeními získávanými ze skutečných topenišť, ve kterých probíhá tangenciální spalování práškových tuhých paliv. V této souvislosti může být využito obr. 8, který 25 je příkladem, který nikterak neomezuje možnosti dalších jiných příkladných výsledků a na kterém je grafické znázornění porovnání úrovně emisí oxidů dusíku NO_X získaných ve dvou provozních zkouškách, proběhlých v topeništi pro spalování práškového tuhého paliva, vháněného do spalovacího prostoru tangenciálně, a v laboratorní zkoušce, při které bylo využíváno zmíněných laboratorních přístrojů a zařízení dosud známého provedení a uspořádání, 30 tvořícího spalovací systém upravený pro nízkou produkci oxidů dusíku NO_X a vhodný pro spalování tangenciálně přiváděného práškového tuhého paliva v topeništi. Reálné výsledky 124, 126 zkoušek na skutečném zařízení jsou zobrazeny na obr. 8, na kterém je také zobrazen laboratorní výsledek 128, získaný na laboratorních zařízeních.

Na obr. 9 je graficky zobrazeno srovnání úrovně produkce oxidů dusíku NO_X, získávané jednak v různých známých spalovacích systémech, upravených pro nízkou produkci oxidů dusíku NO_X, z nichž každý je vhodný pro vytvoření topeniště pro spalování práškového tuhého paliva, a jednak v integrovaném tangenciálním spalovacím systému 12 s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X podle vynálezu. Na obr. 9 znázorňují emisní úrovně 130, 132, 134 množství emisí 40 dosahované u tří různých dosud známých spalovacích systémů upravených pro snížení produkce oxidů dusíku NO_X a tedy současný dosažitelný stav, zatímco emisní úroveň 136 oxidů dusíku NO_X, zobrazená rovněž na obr. 9, znázorňuje hodnotu dosahovanou u provedení integrovaného tangenciálního spalovacího systému 12 s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X podle vynálezu. Z tohoto příkladu na obr. 9 je zřejmé, že nejvyšší snížení emisí oxidů dusíku NO_X, dosahované u 45 dosud známých spalovacích systémů, upravených pro sníženou produkci oxidů dusíku NO_X a vyjádřená emisní úrovní 134 na obr. 9, je přibližně o 50 % menší než redukce emisí oxidů dusíku NO_X dosahovaná u jiného známého spalovacího systému se sníženou produkcí oxidů dusíku NO_X, vyjádřená na obr. 9 emisní úrovní 130. Kromě toho je zřejmé, že výkon dosažitelný u integrovaného tangenciálního spalovacího systému 12 s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X 50 představuje další zvýšení účinku v porovnání s výkonem známého spalovacího zařízení s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X, u kterého je dosahováno emisní úrovně 130 zobrazené na obr. 9. V tomto konkrétním příkladu je možno u integrovaného tangenciálního spalovacího systému 12 s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X dosáhnout u emisní úrovně 136 téměř 80%ho snížení emisí

- 19CZ 283660 B6 oproti redukci emisí dosažitelné u dosud známých spalovacích systémů s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X, které produkují emise s úrovní 130, zobrazenou na obr. 9. U integrovaného tangenciálního spalovacího systému 12 s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X, vytvořeného podle vynálezu, bylo nakonec při laboratorních zkouškách dosaženo emisní hodnoty 60,3 mg/GJ při spalování práškového tuhého paliva A dodávaného východních států americké Unie.

Při spalování práškových tuhých paliv jsou emise oxidů dusíku NO_X výrazně ovlivněny přítomností kyslíku v časných stádiích spalování. Dostupnost kyslíku v počátečním globálním stádiu tangenciálního spalování procesu je vyjádřena parametrem „stechiometrický poměr ίο v hlavní hořákové oblasti“ (poměr množství dostupného kyslíku k množství potřebnému pro úplnou oxidaci směsi ve spodní části topeniště, která je teoreticky definována jako oblast přívodu paliva). Obr. 10 zobrazuje, že je-li stechiometrie hlavní hořákové oblasti redukována na optimální úroveň, snižují se výrazně emise oxidů dusíku NO_X, vyznačené křivkou 138 na obr. 10 až na 60,3 mg/GJ. Obr. 10 také znázorňuje, že nespálené uhlíkové emise, zobrazené křivkou 140 15 na bor. 10, se zvyšují při snižování stechiometrického poměru, ale pohybují se v rozsahu menším než 5 % uhlíku v létavém popílku. Jak je to zřejmé zobr. 10, další snižování stechiometického poměru v hlavní hořákové oblasti pod optimální hodnotu vede ke zvyšování jak množství nespáleného uhlíku, tak také ke zvýšení emisí oxidů dusíku NO_X.

Obr. 11 znázorňuje, že nízkých úrovní emisí oxidů dusíku NO_X je možno dosáhnout nejen udržováním prostoru topeniště na nízkých hodnotách stechiometrických poměrů. Na obr. 11 jsou zobrazeny emisní výsledky, zobrazené křivkami 142, 144, 146 a získané ze tří různě konstrukčně utvářených typů spalovacích systémů upravených pro snížení emisí oxidů dusíku NO_X při spalování práškového tuhého paliva typu A měřených ve východních státech USA. Zatímco ve 25 všech případech jsou emise oxidů dusíku NO_X zřetelně ovlivněny těmito parametry, absolutní úrovně emisí oxidů dusíku NO_X, zejména jejich minima, jsou výrazně odlišné. Z toho by mělo být zřejmé, že výkon vyjádřený hodnotou redukce emisí dosahované u integrovaného tangenciálního spalovacího systému 12 s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X podle vynálezu je výsledkem integrace celého spalovacího systému a nejen využitím nízkých stechiometrických úrovní při provozu vícestupňového topeniště.

Na obr. 12 je zobrazeno, jaký účinek má jemnost nebo zrnitost práškového tuhého paliva na množství zbytkového uhlíku v létavém popílku vznikajícím při spalování práškového tuhého paliva typu A, těženého ve východních státech USA, ve třech různě prostorově uspořádaných 35 typech spalovacích systémů s omezenou produkcí oxidů dusíku NO_X, uvedených na obr. 12a, 12b jako konfigurace A 148, konfigurace B 150 a konfigurace C 152. Na obr. 12b je zase vyjádřen účinek zrnitosti práškového tuhého paliva na emise oxidů dusíku NO_X při spalování práškového tuhého paliva na emise oxidů dusíku NO_X při spalování práškového tuhého paliva typu A z východních států USA ve spalovacím systému s omezenou produkcí oxidů dusíku NO_X a 40 s konfigurací A, ve spalovacím systému s omezenou produkcí oxidů dusíku NO_X a s konfigurací

B a ve spalovacím systému s omezenou produkcí oxidů dusíku NO_X a s konfigurací C. Na obr. 12b jsou konečně také zobrazeny výsledky kterých bylo dosaženo ve spalovacím systému s omezenou produkcí oxidů dusíku NO_X a s konfigurací A při spalování práškového tuhého paliva typu A z východních států USA, majícího standartní zrnitost 154, v porovnání s výsledky 45 dosaženými při spalování práškového tuhého paliva typu A z východních států USA, majícího minimální zrnitost 156, při které je zbytek na sítu s 20 oky na délkový centimetr přibližně 0 %, na sítu s 40 oky na centimetr 1,5 % a více než 85 % na sítu s 80 oky na délkový centimetr. Dalších výsledků, zobrazených na obr. 12 b, bylo dosaženo ve spalovacím systému s omezenou produkcí oxidů dusíku NO_X a s konfigurací B při spalování práškového tuhého paliva typu A 50 z východních států USA, majícího standartní zrnitost 158, v porovnání s výsledky dosaženými při spalování práškového tuhého paliva typu A z východních států USA, majícího minimální zrnitost 160, při které je zbytek na sítu s 20 oky na délkový centimetr přibližně 0 %, na sítu se 40 oky na centimetr 1,5 % a více než 85 % na sítu s 80 oky na délkový centimetr a ve spalovacím systému s omezenou produkcí oxidů dusíku NO_X a s konfigurací B při spalování práškového

-20CZ 283660 B6 tuhého paliva typu A z východních států USA, majícího standartní zrnitost 162, v porovnání s výsledky dosaženými při spalování práškového tuhého paliva typu A z východních států USA, majícího minimální zrnitost 164, při které je zbytek na sítu s 20 oky na délkový centimetr přibližně 0 %, na sítu se 40 oky na centimetr 1,5 % a více než 85 % na sítu s 80 oky na délkový 5 centimetr. Účinek nespáleného uhlíku, který je vyznačen na obr. 12a, byl předpokládán, ale snížení emisí oxidů dusíku NO_X, vyznačené na obr. 12b, nebylo dosud publikováno. Je třeba připomenout, že ani spalovací systém s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X a konfigurací A, ani spalovací systém s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X a konfigurací B a ani spalovací systém s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X a konfigurací C nejsou integrovaným tangenciálním 10 spalovacím systémem 12 s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X podle vynálezu.

Na obr. 13a je zobrazeno množství oxidu uhelnatého CO získávaného při zkušebním spalování v laboratorních zařízeních s využitím integrovaného tangenciálního spalovacího systému 12 s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X podle vynálezu, přičemž na obr. 13a jsou zobrazeny 15 výsledky dosažené při spalování práškového tuhého paliva A 166, při spalování práškového tuhého paliva B 168 a při spalování práškového tuhého paliva C 170, přičemž všechny druhy používaných paliv A, B, C pocházejí z východních států severoamerické Unie.

Na bor. 13b jsou graficky vyjádřeny hodnoty obsahu uhlíku v létavém popílku, produkované při 20 zkušebním spalování práškového tuhého paliva A 172, při spalování práškového tuhého paliva B

174 a při spalování práškového tuhého paliva C 176, přičemž všechny druhy používaných paliv A, B, C pocházejí z východních států severoamerické Unie, v laboratorních podmínkách v integrovaném tangenciálním spalovacím systému 12 s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X podle vynálezu.

Obr. 13c znázorňuje množství emisí oxidů dusíku NO_X, získávaných při zkušebním spalování práškového tuhého paliva A 178, při spalování práškového tuhého paliva B 180 a při spalování práškového tuhého paliva C 182, přičemž všechny druhy používaných paliv A, B, C pocházejí z východních států severoamerické Unie, v laboratorních podmínkách v integrovaném 30 tangenciálním spalovacím systému 12 s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X podle vynálezu.

Dalšímu objasnění řešení podle vynálezu napomáhají obr. 14 a 15 výkresů příkladného provedení, kde obr. 14 obsahuje schematický vodorovný řez topeništěm 10’ pro spalování práškového tuhého paliva, které představuje konkrétní tělesné vytvoření integrovaného 35 tangenciálního spalovacího systému s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X podle vynálezu a na kterém jsou šipkami 184, 186 vyznačeny dva hlavní směry přívodu směsi práškového tuhého paliva a vzduchu do topeniště 10' pro spalování práškového tuhého paliva z hlavní přívodní vzduchové skříně, jestliže je vířící číslo větší než 0,6.

Na obr. 15 je schematicky v půdorysném pohledu znázorněno topeniště 10’ pro spalování práškového tuhého paliva z obr. 14, které je konkrétním příkladným provedením integrovaného tangenciálního spalovacího systému s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X podle vynálezu, znázorňujícím úhly vyznačené šipkami 188, ve kterých je směs práškového tuhého paliva a vzduchu vháněna do topeniště pro spalování práškového tuhého paliva hlavní vzduchovou 45 komorou, aby se vytvořil vířivý proud s vířivým číslem větším než 0,6.

Z příkladů zobrazených na obr. 14 a 15 je možno seznat, že emise oxidů dusíku NO_X, popřípadě obsah uhlíku v létavém popílku mohou být ovlivněny modifikací aerodynamických poměrů ve spodní části pece nebo topeniště pro spalování práškového tuhého paliva, zejména topeniště JO 50 pro spalování práškového tuhého paliva podle obr. 1 tak, že je možno dosáhnout snížení emisí oxidů dusíku NO_X a obsahu uhlíku v létavém popílku. Při dosud známých spalovacích procesech probíhá ve spodní části topeniště pro spalování práškového tuhého paliva spalování ve formě „vířícího tangenciálního jádra“ plamene. Toto jádro je vytvořeno přívodem práškového tuhého paliva a vzduchu podporujícího hoření a přiváděného tryskami upravenými pro tento účel, které

-21 CZ 283660 B6 jsou umístěny ve všech čtyřech rozích topeniště pro spalování práškového tuhého paliva. Trysky pro přívod práškového tuhého paliva a vzduchu podporujícího hoření jsou uspořádány tak, že podporují rotační, to znamená v podstatě vířivý pohyb kolem imaginárního hořícího kruhu uprostřed topeniště pro spalování práškového tuhého paliva, kde vznikají z přiváděného práškového tuhého paliva a vzduchu podporujícího hoření plynné zplodiny hoření.

Podle navržené modifikace se přibližování hořlavé směsi, popsané v předchozí části a využívané pro vytváření vířivé funkce, může uskutečňovat i jinak. Na úvod k popisu této modifikace je vhodné uvést vysvětlení pojmu „vířivé číslo“. Tímto pojmem je označován bezrozměrný číselný pojem, který definuje vířivá aerodynamická proudová pole. Konkrétněji řečeno, vířivé číslo je definováno jako poměr axiální změny úhlového momentu a axiální změny lineární pohybové energie s poloměrem víření. Při takto definovaných vztazích se při zvýšení momentu hybnosti proudového pole zvyšuje vířivé číslo, to znamená, vytváří se silněji vířící proud směsi. Podle dosavadních praktických zkušeností se topeniště pro spalování práškového tuhého paliva dosud navrhovala tak, aby vířivé číslo bylo řádově 0,4 až 0,6. Toho se dosáhne vháněním směsi práškového tuhého paliva a vzduchu podporujícího hoření do topeniště pro spalování práškového tuhého paliva o úhlu 6° k diagonále procházející středem topeniště 10 pro spalování práškového tuhého paliva. Vírové číslo pohybující se řádově kolem 0,4 až 0,6 vytváří stav, který je obvykle nazýván „slabě vířícím“ proudem směsi, ve kterém dochází jen k nepatrnému turbulentním promíchávání mezi práškovým tuhým palivem a vzduchem podporujícím hoření a aerodynamika spodního prostoru topeniště napomáhá pohybu spalin pecí nebo topeništěm pro spalování práškového tuhého paliva positivním směrem nahoru.

Vhánění směsi práškového tuhého paliva a vzduchu podporujícího hoření v úhlu větším než 6° k diagonále procházející vodorovně středem topeniště pro spalování práškového tuhého paliva je možné dosáhnout ve spodní části prostoru topeniště vířivá čísla větší než 0,6. Například při použití úhlu 15° pro tento účel, to znamená úhlu sevřeného mezi šipkou 188 na obr. 15 a diagonálou je možné dosáhnout vířivého čísla vypočteného na 3,77. Jak je lépe patrno z obr. 14, jestliže se vířivé číslo zvýší nad 0,6, vytvoří se ve středu vířícího hořícího jádra tlakový gradient, to znamená vrchol, který je schematicky zobrazen na obr. 14 šipkami 186 a který vyvolává opačné, to znamená dolů směřující proudění v jádru vrcholu. Výsledkem tohoto pohybu proudu směsi ve středu vytvořeného plamenného jádra je výrazné prodloužení doby setrvání práškového tuhého paliva ve spodní části topeniště pro spalování práškového tuhého paliva. Prodloužení doby setrvání práškového tuhého paliva společně s optimálním množstvím přítomného kyslíku, definovaného jako palivové stechiometrické prostředí vytváří společně s teplotami pohybujícími se v optimálním rozsahu výhodné podmínky pro omezení emisí oxidů dusíku NO_X, přičemž prodloužením doby setrvání paliva se také sníží na minimum jakékoliv zvýšení emisí nespálených uhlíkových složek v létavém popílku, čímž se zvyšuje účinnost topeniště.

Obr. 16 obsahuje schematické znázornění topeniště 10“ pro spalování práškového tuhého paliva, zobrazeného ve svislém řezu a tvořícího součást integrovaného tangenciálního spalovacího systému s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X, vytvořeného podle vynálezu, na kterém je patrno naklánění spodní trysky 190 pro přívod práškového tuhého paliva a vykyvování spodní vzduchové trysky 192, aby se snížilo hromadění popílku a zvýšila se konverze uhlíku. Známým charakteristickým znakem konstrukce spalovací systémů s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X je substeciometrický provoz hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva. Tento nízký stechiometrický poměr je dosažen snížením množství vzduchu podporujícího hoření, který'je vháněn do hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva. Výsledné snížení místní axiální rychlosti proudění směsi způsobuje vypadávání práškového tuhého paliva do násypky, která je napojena na topeniště pro spalování práškového tuhého paliva. Avšak vykývnutím jen spodní trysky 190 pro přívod práškového tuhého paliva, zobrazené na obr. 16, směrem nahoru a vykývnutím spodní vzduchové trysky 192 směrem dolů, zatímco další trysky pro přívod práškového tuhého paliva a vzduchu pro podporu hoření zůstávají v neměnných polohách, se dosáhne snížení množství práškového tuhého paliva, které se dostává do oblasti

-22CZ 283660 B6 násypky v důsledku změny směru pohybu práškového tuhého paliva spíše do oblasti s vyšší axiální rychlostí pohybu, zatímco současně zvýšení množství kyslíku v násypce zajišťuje spalování částic práškového tuhého paliva, které mohou padat do výsypky.

Z předchozího popisu vyplývá, že řešením podle vynálezu byl vytvořen nový a zdokonalený tangenciální spalovací systém, který je zejména vhodný pro použití u topenišť upravených pro spalování práškového tuhého paliva. Řešením podle vynálezu byl kromě toho vytvořen nový a zdokonalený tangenciální spalovací systém pro topeniště upravená pro spalování práškového tuhého paliva, jejichž charakteristickým znakem je možnost regulace množství emisí oxidů dusíku NO_X z topenišť pro spalování práškového tuhého paliva na hodnoty srovnatelné s výsledky dosahovanými u jiných technologických systémů pro výrobu energie z práškového tuhého paliva, například v topeništích s cirkulujícím fluidním ložem (CFB) a v systémech s integrovaným zplyňovacím kombinovaným cyklem (IGCC) bez využití buď selektivní katalytické redukce (SCR) nebo efektivní nekatalytické redukce (SNCR). Kromě toho je řešením podle vynálezu vytvořen nový a zdokonalený tangenciální spalovací systém pro topeniště pro spalování práškového tuhého paliva, který je možno charakterizovat zejména tím, že při jeho provozu mohou poklesnout emise oxidů dusíku NO_X z topenišť pro spalování práškového tuhého paliva na hodnoty menší než 64,5 mg/GJ, přičemž současně se snižuje obsah uhlíku v létavém popílku pod 5 % a emise oxidu uhelnatého CO klesnou pod 50 částic uhlíku na milion částic směsi. Kromě toho byl řešením podle vynálezu vytvořen nový a zdokonalený tangenciální spalovací systém pro topeniště ke spalování práškového tuhého paliva, které je možno charakterizovat tak, že ačkoliv je možno použitím tohoto systému dosáhnout omezení oxidů dusíku NO_X na hodnoty nižší než 64,5 mg/GJ v širokém rozsahu použitých tuhých paliv, počínaje od středně prchavého živičného uhlí až k lignitu, spalovaných v topeništích pro spalování práškového tuhého paliva. Řešením podle vynálezu byl kromě toho vytvořen nový a zdokonalý spalovací systém pro spalování práškového tuhého paliva v topeništích určených pro spalování tohoto práškového tuhého paliva, který je opatřen drtícím a třídicím zařízením pro přípravu práškového tuhého paliva s potřebnou zrnitostí. Řešením podle vynálezu byl vytvořen také nový a zdokonalený tangenciální spalovací systém pro topeniště upravená pro spalování práškového tuhého paliva, který je možno charakterizovat tím, že obsahuje jako svoji součást směšování práškového tuhého paliva se vzduchem a spalování v blízkosti ústí vháněcí trysky pro přívod práškového tuhého paliva. Podle vynálezu je vytvořen také nový a zdokonalený tangenciální spalovací systém pro topeniště upravená pro spalování práškového tuhého paliva, který je možno charakterizovat tím, že obsahuje jako svoji součást homí spalování paliva v topeništi. Navíc je podle vynálezu vytvořen také nový a zdokonalený tangenciální spalovací systém pro topeniště upravená pro spalování práškového tuhého paliva, který je možno charakterizovat tím, že rozmělňování tuhého paliva na jemnější částice je kombinováno se zařízením pro postupné přidávání práškového tuhého paliva a spalovacího vzduchu v jednotlivých patrech pro přívod spalovacího vzduchu tak, že je vytvořen nový a zdokonalený spalovací systém pro spalování práškového tuhého paliva. Předposlední konkrétní řešení podle vynálezu vytváří nový a zdokonalený integrovaný tangenciální spalovací systém pro topeniště upravená pro spalování práškového tuhého paliva, který možno charakterizovat jako vhodný systém jak pro nová spalovací zařízení, tak také pro rekonstruovaná zařízení. Konečně je u řešení podle vynálezu vytvořeno nový a zdokonalený integrovaný tangenciální spalovací systém pro topeniště pro spalování práškového tuhého paliva, který je charakterizován tím, že může být poměrně snadno instalován poměrně snadno provozován a jeho vytvoření není nákladné.

I když bylo na výkresech zobrazeno několik příkladných provedení vynálezu, je možno považovat za výhodné, že jsou možná další alternativní provedení a modifikace základních příkladů řešení, která jsou odborníkům zřejmá a z nichž některá byla již naznačena v předchozím popisu příkladů provedení. Tato alternativní provedení a další konkretizace základního provedení jsou zachycena v závislých patentových nárocích které zahrnují do svého rozsahu i další modifikace, které všechny spadají do základní myšlenky a rozsahu vynálezu.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob řízení integrovaného tangenciálního spalovacího systému s nízkou produkcí oxidů dusíku NO_X pro topeniště upravená pro spalování práškového tuhého paliva mající skupinu obvodových stěn vymezujících mezi sebou hořákovou oblast obsahující spalovací zóny s různými stechiometrickými poměry zahrnující přívod práškového tuhého paliva s předem stanovenou zrnitostí a jeho vhánění do hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva ústími trysek takovým způsobem, že zápalný bod vháněného práškového paliva se nachází ve vzdálenosti menší než 0,61 m od ústí palivových trysek, vyznačující se tím, že do hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva se vhání práškové palivo, které má minimální zrnitost přibližně 0 % na sítu s 20 oky na délkový centimetr, 1,5 % na sítu se 40 oky na délkový centimetr a více než 85 % projde sítem s 80 oky na délkový centimetr, do hořákové oblasti topeniště pro spalování tuhého paliva se vhání dostatečné množství vzduchu podporujícího hoření, aby v první spalovací zóně hořákové oblasti se dosáhlo stechiometrického poměru mezi 0,5 až 0,7, do hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva se vhání těsně na sebe navazující proudy horního vzduchu, aby v druhé spalovací zóně hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva byl stechiometrický poměr mezi 0,7 a 0,9, do hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva se vhání dostatečné množství horního vzduchu ve spodním patře, aby ve třetí spalovací zóně hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva byl stechiometrický poměr mezi 0,9 a 1,02, do hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva se vhání dostatečné množství horního vzduchu v horním patře, aby ve čtvrté spalovací zóně hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva byl stechiometrický poměr větší než 1,07.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že doba, kterou trvá přemístění zplodin hoření přiváděného práškového tuhého paliva mezi místem přívodu těsně přiřazeného proudu horního vzduchu do hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového paliva a místem přívodu horního patra samostatného horního vzduchu do hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva, je delší než 0,3 sekundy.
3. 3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že část vzduchu podporujícího hoření se přivádí do hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva jako vodorovně odkloněný proud vzduchu, takže v počátečních stadiích je k disposici menší množství vzduchu podporujícího hoření u vháněného práškového tuhého paliva.
4. 4. Způsobem podle nároku 1, vyznačující se tím, že práškové tuhé palivo, vháněné do hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva, a vzduch podporující hoření, přiváděný do hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva, se vhání v úhlu k diagonále procházející středem topeniště pro spalování práškového tuhého paliva pro vytvoření vířivého proudu uvnitř topeniště pro spalování práškového tuhého paliva, majícího vířivé číslo větší než 0,6.
5. 5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že alespoň část práškového tuhého paliva se přivádí do hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva směrem nahoru.

   -24CZ 283660 B6
6. 6. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že alespoň část vzduchu podporujícího hoření se vhání do hořákové oblasti topeniště pro spalování práškového tuhého paliva směrem dolů.