CZ291761B6 - Spalovací hořák - Google Patents

Abstract

eÜen m je spalovac ho° k, kter² je opat°en sm Üovac tryskou (10) nasm rovanou dovnit° pece (3), tvo° c pr chod sm si (12) pr Ükov ho pevn ho paliva a plynu nesouc ho toto palivo. Sm Üovac tryska (10) m na v²stupn stran trycht²°ovit rozÜ °enou v²stupn koncovou st (14) s postupn se zv tÜuj c m celkov²m pr °ezem pr chodu sm si (12) ve sm ru jej ho proudu. RozÜ °en v²stupn koncov st (14) sm Üovac trysky (10) je opat°ena stabiliz torem (13) plamene a sm Üovac tryska (10) je radi ln obklopena p° vodn plynovou tryskou (20) tvo° c mezi n a sm Üovac tryskou (10) pas pro spalovac plyn obsahuj c kysl k sm rem k peci (3). Ve sm Üovac trysce (10) je uspo° d no p°ed koncem jej rozÜ °en v²stupn koncov sti (14) sm rovac veden (51) proudu sm si (12) pro jej nasm rov n radi ln k vn jÜ mu obvodov mu povrchu rozÜ °en koncov sti (14) sm Üovac trysky (10).\

Description

Vynález se týká spalovacího hořáku pro zabudování do spalovacího zařízení.

Dosavadní stav techniky

Jsou známy různé typy spalovacích hořáků se směšovací tryskou a zásobovací tryskou plynu. U hořáku na spalování uhlí, popsaného ve spise JP 63 87508 je pro zvíření směsi vzduchu s palivem ve směšovací trysce použito oběžné kolo. Zvířená směs z výstupní části směšovací trysky se v peci rychle rozptyluje a mísí se se sekundárním a terciárním vzduchem přicházejícím ze zásobovací trysky. Proto se nevytváří dostatečná redukční oblast a plamen se v peci nešíří, takže část jemného práškového uhlí zůstává nespálená a tak nelze potlačit vznik oxidů dusíku NOx, nehledě na ekonomickou stránku nedostatečné efektivity spalování.

Je znám hořák pro spalování práškového uhlí, uvedený ve spise JP 60 200008, který obsahuje v rámci směšovací trysky hrdlo a nálevkovitě rozšířený výstup ze směšovací trysky. U tohoto hořáku se stejně jako u předcházejícího směs vzduchu s palivem rychle v peci rozptyluje a mísí se se sekundárním a terciárním vzduchem, který se přivádí ze zásobovací trysky v blízkosti výstupu ze směšovací trysky. Opět zde zůstává část jemného práškového uhlí nespálená, a tedy opět platí výše uvedené nevýhody a nedostatky.

Podstata vynálezu

Tyto nevýhody a nedostatky jsou odstraněny předloženým vynálezem spalovacího hořáku, jeho podstata spočívá vtom, že je opatřen směšovací tryskou nasměrovanou dovnitř pece, tvořící průchod směsi práškového pevného paliva a plynu nesoucího toto palivo, kde směšovací tryska má na výstupní straně trychtýřovitě rozšířenou výstupní koncovou část s postupně se zvětšujícím celkovým průřezem průchodu směsi ve směru jejího proudu, kde je rozšířená výstupní koncová část směšovací trysky opatřena stabilizátorem plamene a kde směšovací tryska je radiálně obklopena přívodní plynovou tryskou tvořící mezi ní a směšovací tryskou pasáž pro spalovací plyn obsahující kyslík směrem k peci, a kde ve směšovací trysce je uspořádáno před koncem její rozšířené výstupní koncové části směrovací vedení proudu směsi pro její nasměrování radiálně k vnějšímu obvodovému povrchu rozšířené koncové části směšovací trysky.

Podle dalšího význaku vynálezu je směrovací vedení proudu směsi uspořádáno v místě napojení rozšířené koncové části směšovací trysky na její předchozí část vzhledem ke směru proudu směsi.

Směrovací vedení je s výhodou opatřeno vířícím ústrojím a na vnitřním obvodovém povrchu rozšířené koncové části směšovací trysky je uspořádán usměrňovač rozvířené směsi.

Je též výhodné, když přívodní plynová tryska tvoří mezi ní a směšovací tryskou sekundární vzduchový průchod a mezi přívodní plynovou tiyskou a otvorem, jímž je opatřena pec, je uspořádán terciární vzduchový průchod, přičemž spalovací hořák obsahuje také separační prostředek pro radiální oddělení proudu směsi z rozšířené výstupní části směšovací trysky do pece od proudu spalovacího plynu obsahujícího kyslík z terciárního vzduchového průchodu do pece.

-1 CZ 291761 B6

Výhodné je též takové provedení, u něhož je výstupní konec přívodní plynové trysky trychtýřovitě rozšířen a úhel tohoto výstupního konce přívodní plynové trysky sevřený s její osou je v podstatě roven nebo větší než úhel sevřený rozšířenou výstupní koncovou částí směšovací trysky s její osou.

Přehled obrázků na výkresech

Příklady provedení hořáku a zařízení na spalování, vybaveného tímto hořákem, jsou znázorněny 10 na připojených výkresech, kde představuje:

obr. 1 příčný řez hořákem podle vynálezu, obr. 2 příčný řez pecí bojleru s hořákem podle obr. 1 se zobrazením podmínek hoření, obr. 3 příčný řez podle čáry ΙΠ-ΙΠ z obr. 2, obr. 4 příčný řez se zobrazením podmínek hoření, obr. 5 příčný řez se zobrazením proudu směsi a vzduchu při spalování, obr. 6 příčný řez běžným hořákem se zobrazením podmínek hoření, obr. 7 příčný řez pecí bojleru s běžným hořákem a zobrazením podmínek hoření, obr. 8 příčný řez podle čáry VDI-Vin z obr. 7, obr. 9 příčný řez dalším provedením hořáku, obr. 10 příčný řez podle čáry X-X z obr. 9, obr. 11 až 13 zobrazují příčné řezy dalšími provedeními hořáku, obr. 14 znázorňuje příčný řez dalším provedením hořáku, obr. 15 je příčným řezem podle čáry XV-XV z obr. 14, obr. 15A až 15D jsou čelní pohledy na modifikovanou vstřikovací trysku vzduchu pro hořák znázorněný na obr. 14, obr. 16 představuje příčný řez se zobrazením podmínek toku a spalovacího plynu v blízkosti hořáku podle obr. 14, obr. 17 je příčný řez podle čáry XVII - XVII z obr. 16, obr. 18 znázorňuje příčný řez dalším provedením hořáku, obr. 19 představuje příčný řez podle čáry XIX - XIX z obr. 18 a obr. 20 je příčný řez dalším provedením hořáku.

Příklady provedení vynálezu

Spalovací hořák 1, použitý v bojleru, obsahuje směšovací trysku 10. kterou proudí směs 12 jemného práškového uhlí, tedy tuhého paliva a primárního vzduchu sloužícího jako přenosové médium. U provedení podle obr. 2 a 3 je proti sobě ve společné vodorovné rovině u pece 3 40 upraveno dvanáct hořáků 1 umístěných ve třech stupních svisle. Není však omezen ani jejich počet ani počet stupňů.

Směs 12 přichází přes směšovací trysku 10 do pece 3 otvorem 30 vytvořeným v peci 3. Kolem směšovací trysky 10 je vytvořena zásobovací tryska 20. Mezi směšovací tryskou 10 a zásobovací 45 tryskou 20 je proveden sekundární vzduchový průchod 21 a mezi směšovací tryskou 10 a otvorem 30 je proveden terciální vzduchový průchod 3L Vířící ústrojí 23 se nachází v sekundárním vzduchovém průchodu 21 a je určeno pro rozvíření sekundárního vzduchu 22 zvětrovodu 4.

-2CZ 291761 B6

V terciálním vzduchovém průchodu 31 je uspořádáno ústrojí 33 pro zvíření terciálního vzduchu 32 z větrovodu 4.

U konce směšovací trysky 10 je uspořádán stabilizátor 13 plamene ve tvaru prstence, jehož část obvodového okraje má v příčném řezu tvar L. Výstupní koncová část 14 směšovací trysky 10 je rozšířena a plocha jejího průchodu se tak progresivně zvětšuje ve směru proudění směsi 12.

Ve směšovací trysce 10 je umístěno vedení 51, jehož působení spočívá v umožnění radiálního proudění směsi 12 ven podél rozšířené výstupní koncové části 14. Vedení 51 je umístěno u konce olejového hořáku 52, který se používá při aktivaci bojleru a malém zatížení hořáku L Není-li přítomnost hořáku 52 nutná, podepře se vedení 51 vhodnou podpěrou (neznázoměna).

Vedení 51, umístěné před výstupní koncovou částí 14, má podél dráhy proudění směsi 12 upravenu jeho první část 511, pak druhou část 512 a posléze třetí část 513. Vnější rozměr první části 511 se ve směru proudění progresivně zvětšuje a naproti tomu se vnější rozměr třetí části 513 ve směru proudění progresivně zmenšuje. Vnější rozměr druhé části 512 je stálý.

Protože plamen hořáku 1 se šíří směrem ven, jsou vázané pecní oblasti NA zredukovány tak, jak je znázorněno na obr. 2 a 3. Dodávací otvory 6 pro přídavný vzduch 62 do pece 3 jsou umístěny za hořáky L V redukčních plochách určených plameny za proudem přídavného vzduchu 62 z dodávacích otvorů 6 zůstává spalovací plyn delší dobu. Proto je koncentrace NOx ve spalovacím plynu snížena a naopak zvýšena efektivnost spalování. Dosud nespálené práškové uhlí se proudícím přídavným vzduchem 62 totiž dokonale spálí.

Protože je hybnost práškového uhlí větší než hybnost primárního vzduchu, nahušťuje se v oblasti u obvodové stěny výstupní koncové části 14 směšovací trysky 10 (viz obr. 5). Je tak zvýšena efektivnost spalování u výstupu hořáku 1, kde plamen 5 tepelně expanduje a více se rozptyluje.

U vzdálenějšího konce plynové trysky 20 je umístěna prstencovitá vychylovací vodicí trubka 24. Primární vzduch 22 a terciární vzduch 32 takto zvířený proudí dopředu a radiálně ven. Ten je více tímto směrem rozptýlen proto, poněvadž je vychylovací vodicí trubka 24 zkonstruována tak, že úhel θι mezi vychylovací vodicí trubkou 24 a osou směšovací trysky 10 je rovný nebo větší než úhel θ₂ mezi rozšířenou výstupní koncovou částí 14 a osou směšovací trysky 10. Výsledkem je, že oblast s nedostatkem vzduchu a tedy s přebytkem paliva se vytváří ve střední části plamene 5 a to má za následek nízké spalování NOx.

U běžného hořáku 1 podle obr. 6 nemá směšovací tryska 10 výstupní koncovou část 14 rozšířenou a chybí u ní směrovací vedení 51. Plamen 5 se proto nerozptyluje, nýbrž se chová jako volný proud. Výsledkem je, jak je znázorněno na obr. 7 a 8, že se zvětšují oblasti bez plamene 5, tedy vázané oblasti NA v porovnání s provedením podle obr. 2 a 3. Kromě toho je u běžných hořáků 1 doba pobytu práškového uhlí v redukčních oblastech RA zkrácena a koncentrace NOx ve spalovacím plynu se tak nemůže snižovat.

V porovnání s hořákem 1 podle obr. 1 obsahuje hořák 1 podle dalšího provedení z obr. 9 ústrojí 53. které vyvolává víření směsi 12 a dále pak usměrňovač 54 ve tvaru desek, určený pro rektifikaci proudu. Stejné části hořáku 1 jsou opatřeny stejnými vztahovými značkami a je vynechán jejich popis.

Ustrojí 53 pro vyvolání víření je umístěno před vedením 51. V souladu stím proudí podél vnitřního povrchu rozšířené výstupní koncové části 14 větší množství práškového uhlí ve směsi 12. což umožňuje další rozptyl plamene 5. Jestliže je do pece 3 dodávána směs 12 ve formě zvířeného vzduchu, ihned se smísí u hořáku 1 se sekundárním vzduchem 22 a s terciárním vzduchem 32 tak, že nízké spalování NOx není ovlivněno. Na vnitřním povrchu vzdálenější rozšířené

-3CZ 291761 B6 koncové části 14 umístěné za ústrojím 53 pro víření je (viz obr. 10) upraveno množství rektifikačních desek usměrňovače 54· Při tomto uspořádání je obvodová rychlost směsi 12 potlačena, zatímco dopředná rychlost komponent se zvyšuje. V místě vzdáleném od hořáku 1 probíhá další míšení se sekundárním vzduchem 22 a s terciárním vzduchem 32. Výsledkem je, že redukční oblasti RA se zvětšují a je umožněno spalování nízkého obsahu NOx.

Při porovnání s provedením podle obr. 9 obsahuje další provedení podle obr. 11 usměrňovač 54 ve formě Venturiho trubice umístěné před ústrojím 53 pro víření. Část hrdla usměrňovače 54 převádí práškové uhlí ve směsi 12 vzduchu s palivem směrem do radiální/centrální části směšovací trysky 10 a vede ji směrem k ústrojí 53 pro víření. U tohoto uspořádání může práškové uhlí ve směsi 12 proudit podél vnitřního obvodového povrchu vzdálené rozšířené koncové části 14 ještě mnohem efektivněji. Tak se výrazně potlačí tvorba NOx.

Při porovnání s provedením podle obr. 11 má provedení podle obr. 12 prstencovitý rozmísťovač 25 zařazený namísto vychylovací vodicí trubice 24, který se nachází na vzdálenějším konci zásobovací trysky 20. Vnitřní obvodový povrch rozmísťovače 25 je též rozšířen tak, že se průměr ve směru proudění zvětšuje, přičemž jeho vnější obvodový povrch je rovnoběžný s osou směšovací trysky 10. Konec jeho vnitřního obvodového povrchu i konec jeho vnějšího obvodového povrchu jsou navzájem spojeny v podobě kolmé koncové stěny. U tohoto uspořádání proudí sekundární vzduch 22 podél vnitřního obvodového povrchu rozmísťovače 25 a je do pece 3 rozptylován stejně jako u předchozího provedení. Terciární vzduch 32 proudí podél vnějšího obvodového povrchu rozmísťovače 25 a do pece 3 se dostává z vnější radiální polohy, tady se mísí s plamenem 5 se zpožděním vzdáleněji od hořáku 1. Výsledkem je vytvoření redukčních oblastí a potlačení tvorby NOx.

Hořák 1 podle obr. 13, který je dalším provedením vynálezu, má směšovací trysku 10, jejíž koncová vzdálenější část 14 není rozšířena. Usměrňovač 54 v podobě Venturiho trubice s částí hrdla je umístěn uvnitř vzdálenějšího konce 14 směšovací trysky 10 proti vedení 51. U tohoto provedení proudí směs 12 s pomocí vedení 51 ven z části hrdla podél rozšířeného vnitřního obvodového povrchu usměrňovače 54 a je dále rozptylována do pece 3. Je-li vedení 51 umístěno za částí hrdla usměrňovače 54 tak, jak je to znázorněno, protéká kolem vnitřního obvodového povrchu usměrňovače 54 větší množství práškového uhlí a to se může přivést do pece 3 směrem ven v rozptýleném stavu.

Další provedení je znázorněno na obr. 14 a má vstřikovací trysky 61 vzduchu 62. Jejich počet není důležitý, zde jsou použity čtyři a rozmístěny od sebe stejnoměrně po obvodě (viz obr. 15). Na obr. 15A až 15C je znázorněno, že počet vstřikovacích trysek 61 může být různý, i jedna nebo více. Podle obr. 15D je realizovatelné i uspořádání smírným excentrickým vychýlením proudů vstřikovaného vzduchu 62. Vstřikovací trysky 61 nemusejí být rozmístěny po obvodu po stejných úhlech.

Vstřikovací trysky 61 vzduchu 62 jsou umístěny těsně za stabilizátorem 13 plamene 5 mezi směšovací tryskou 10 a zásobovací tryskou 20. Jsou navzájem propojeny neznázoměným potrubím a napojeny na vnější kompresor. Z něj je předehřátý vzduch 62 vháněn vstřikovací tryskou 61 do proudu směsi 12 v kolmém směru na osu směšovací trysky 10. Na obr. 16 a 17 je znázorněn výsledek tohoto uspořádání, kdy se v proudu směsi 12 vytváří stagnační bod vlivem vstřikovaného vzduchu 62. za kterým se ve směru proudění směsi 12 vytváří relativně negativní tlaková oblast NP. Spalovací plyn o vysoké teplotě je pomocí vstřikovaného vzduchu 62 dopravován do této oblasti NP a tím se zvyšuje schopnost zážehu práškového uhlí ve směsi 12. Zvýší se tak schopnost spalování v redukčních oblastech při současném zvyšování teploty plamene 5 v blízkosti hořáku 1, čímž se zvyšuje expanze plamene 5.

Vstřikovací trysky 61 vzduchu 62 se mohou pohybovat ve směru osy směšovací trysky 10 a tím optimalizovat vstřikování vzduchu 62 v souladu s vlastnostmi spalování práškového uhlí jako

-4CZ 291761 B6 pevného paliva, se zatížením hořáku 1, podmínkami spalování apod. Kromě toho může být vstřikovací tryska 61 uspořádána tak, že se může v rovině kolmé k ose směšovací trysky 10 natáčet. Jsou-li vstřikovací trysky 61 směrovány poněkud ke straně proti proudu směsi 12, může se tím zvýšit zážehová plocha směsi 12. V souladu s tím se může jako palivo použít palivo s vyšším poměrem uhlí k práškovému uhlí, jehož zážehové vlastnosti nejsou dobré.

Podle obr. 18 a 19 se toto další provedení liší od hořáku 1 podle obr. 14 polohou vstřikovacích trysek 61 vzduchu 62, které jsou umístěny ihned za stabilizátorem 13 plamene 5 na prstencovité vychylovací vodicí trubici 24 zásobovací trysky 20 plynu. Vzduch 62 je vstřikován směrem k proudu směsi 12 a aby jeho vstřikování probíhalo tak, že jím bude procházet sekundární vzduch 22 a dále že bude procházet směsí 12, je nutno použít více energie než u hořáku 1 podle obr. 14. Velké množství spalovacího plynu o velké teplotě je přenášeno vstřikovaným vzduchem 62 do oblasti s negativním tlakem NP. Toto uspořádání je vhodné pro spalování paliva s vysokým poměrem práškového uhlí, které má malé množství těkavých složek.

Na obr. 20 je pak znázorněn hořák 1, kterýje kombinací konstrukcí z obr. 11 a 14. Mohou se tak kombinovat uvedené operace a výsledky.

Průmyslová využitelnost

Vynález je využitelný zejména pro výrobu a použití spalovacích zařízení na uhlí, hlavně práškové.

Claims (5)

1. s 1. Spalovací hořák, vyznačující se tím, že je opatřen směšovací tryskou (10) nasměrovanou dovnitř pece (3), tvořící průchod směsi (12) práškového pevného paliva a plynu nesoucího toto palivo, kde směšovací tryska (10) má na výstupní straně trychtýřovitě rozšířenou výstupní koncovou část (14) s postupně se zvětšujícím celkovým průřezem průchodu směsi (12) ve směru jejího proudu, kde je rozšířená výstupní koncová část (14) směšovací trysky (10) io opatřena stabilizátorem (13) plamene, kde směšovací tryska (10) je radiálně obklopena přívodní plynovou tryskou (20) tvořící mezi ní a směšovací tryskou (10) pasáž pro spalovací plyn obsahující kyslík směrem k peci (3), a kde ve směšovací trysce (10) je uspořádáno před koncem její rozšířené výstupní koncové části (14) směrovací vedení (51) proudu směsi (12) pro její nasměrování radiálně k vnějšímu obvodovému povrchu rozšířené koncové části (14) směšovací 15 trysky (10).
2. 2. Spalovací hořák podle nároku 1, vyznačující se tím, že směrovací vedení (51) proudu směsi (12) je uspořádáno v místě napojení rozšířené koncové části (14) směšovací trysky (10) na její předchozí část vzhledem ke směru proudu směsi (12).
3. 3. Spalovací hořák podle nároku 1, vyznačující se tím, že směrovací vedení (51) je opatřeno vířícím ústrojím (23) a na vnitřním obvodovém povrchu rozšířené koncové části (14) směšovací trysky (10) je uspořádán usměrňovač (54) rozvířené směsi (12).

   25
4. 4. Spalovací hořák podle nároku 1, vyznačuj ící se t í m, že přívodní plynová tryska (20) tvoří mezi ní a směšovací tryskou (10) sekundární vzduchový průchod (21) a mezi přívodní plynovou tryskou (20) a otvorem (30), jímž je opatřena pec (3), je uspořádán terciární vzduchový průchod (31), přičemž spalovací hořák (1) obsahuje také separační prostředek (24) pro radiální oddělení proudu směsi (12) z rozšířené výstupní části (14) směšovací trysky (10) do pece (3) od 30 proudu spalovacího plynu obsahujícího kyslík z terciárního vzduchového průchodu (31) do pece (3).
5. 5. Spalovací hořák podle nároku 1, vyznačuj ící se tím, že výstupní konec (24) přívodní plynové trysky (20) je trychtýřovitě rozšířen a úhel tohoto výstupního konce (24) 35 přívodní plynové trysky (20) sevřený s její osou je v podstatě roven nebo větší než úhel sevřený rozšířenou výstupní koncovou částí (14) směšovací trysky (10) s její osou.