CZ9329U1 - Device for burning gases, especially gases of shaft kilns for casting minerals - Google Patents

Description

Technické řešení se týká konstrukce zařízení pro spalování plynů, zejména plynů z šachtových pecí pro tavení minerálií, například čediče.

Dosavadní stav techniky

Je známa řada konstrukcí zařízení a systémů pro spalování plynů z šachtových pecí, obsahujících převážně kysličník uhelnatý a dusík, kde obsah kysličníku uhelnatého kolísá v závislosti na provozu šachtové pece v intervalu několika desítek procent. Spalovací komory dosud známých zařízení jsou konstruovány jako jednostupňové horizontální nebo vertikální komory s pomocným hořákem a s přívodem vzduchu buď do potrubí plynu před spalovací komoru a nebo do vstupní části spalovací komory. Nevýhodou těchto systémů je malá stabilita spalování kysličníku uhelnatého při změně provozních podmínek spalování v šachtové peci a rovněž dodržování emisních limitů předepsaných pro kysličník uhelnatý je u řady zařízení velmi problematické.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody odstraňuje do značné míry zařízení pro spalování plynů, zejména plynů z šachtových pecí pro tavení minerálií, sestávající alespoň ze spalovací pece, napojené na přívod plynů z šachtové pece a vybavené pomocným hořákem, napojeným na zdroj přídavného paliva a zdroj spalovacího vzduchu, když soustava propojovacích potrubí je vybavena regulačními armaturami ovládanými regulačními pohony. Jeho podstata spočívá v tom, že spalovací komora sestává ze stabilizačního stupně a z reakčního stupně, kde na vstupu do stabilizačního stupně spalovací komory je vytvořena směšovací komora, uspořádaná kolem pomocného hořáku, na výstupu ze stabilizačního stupně je umístěn rozdělovač sekundárního vzduchu a v reakčním stupni je umístěno teplotňí čidlo, napojené na soustavu regulátorů.

Dále je podstatou řešení, že směšovací komora je napojena přívodním potrubím primárního vzduchu na primární předehřívací výměník napojený na výstupu z reakčního stupně spalovací komory.

Je rovněž podstatné, že první regulátor soustavy je propojen s prvním regulačním pohonem pro ovládání jednak modulační armatury napojené na přívodu pomocného paliva do pomocného hořáku a jednak první regulační armatury napojené na přívodu spalovacího vzduchu do pomoc30 ného hořáku, a že druhý regulátor soustavy je propojen se třetím regulačním pohonem pro ovládání třetí regulační armatury a čtvrté regulační armatury, propojené obchvatem a napojené na výstupy sekundárního předehřívacího výměníku, zapojeného na výstup odplynů ze šachtové pece.

Konečně je podstatou řešení, že třetí regulátor soustavy je propojen se druhým regulačním pohonem pro ovládání druhé regulační armatury napojené na přívodu sekundárního vzduchu do rozdělovače.

Novým řešením se dosahuje vyššího účinku v tom, že je zaručeno, že i při malém množství spalovaných látek v plynu se pomocí doplnění přídavného paliva nastaví optimální, tj. nej nižší možná teplota spalovacího procesu. Při vyšších koncentracích spalovaných látek se pak reguluje množství přídavného paliva na minimum.

- 1 CZ 9329 U1

Popis obrázků na připojených výkresech

Konkrétní příklad konstrukce zařízení je znázorněn na připojeném výkrese zobrazujícím základní schéma propojení jednotlivých uzlů zařízení.

Příklady provedení technického řešení

Základem zařízení je dvoustupňová spalovací komora I, která sestává ze stabilizačního stupně 101 pro předspalování plynů azreakčního stupně 102 pro dospalování plynů. Na vstupu do stabilizačního stupně 101 spalovací komory 1 je vytvořena směšovací komora 2, uspořádaná kolem pomocného hořáku 3 a tvořená s výhodou neznázoměnou soustavou trubek, napojenou na přívodní potrubí 4 primárního vzduchu. Pomocný hořák 3 je napojen přes modulační armaturu 5 ío na zdroj 6 přídavného paliva, například zemního plynu, a přes první regulační armaturu 7 na zdroj 8 spalovacího a sekundárního vzduchu, například ventilátor. Modulační armatura 5 a první regulační armatura 7 jsou pak napojeny na první regulační pohon 9, například servomotor. Zdroj 8 spalovacího a sekundárního vzduchuje pak opatřen motorem 10 a je na výstupu propojen přes druhou regulační armaturu 11, řízenou druhým regulačním pohonem 12, s rozdělovačem 13 sekundárního vzduchu, umístěným na výstupu ze stabilizačního stupně 101 spalovací komory 1. Na reakční stupeň 102 spalovací komory i je pak připojen primární předehřívací výměník 14, sloužící buď k předehřevu primárního vzduchu a nebo vzduchu pro šachtovou pec, z něhož se potřebná část primárního vzduchu odděluje. Na tento primární předehřívací výměník 14 je napojeno jednak přívodní potrubí 4 primárního vzduchu, zavedené do směšovací komory 2 a nebo před ní, a jednak sekundární předehřívací výměník 16, a to přes třetí regulační armaturu 17 a čtvrtou regulační armaturu 18, propojené obchvatem 19 a opatřené třetím regulačním pohonem 3. Sekundární předehřívací výměník 16 je pak napojen na přívod plynů z šachtové pece 20 a je zpětně propojen se směšovací komorou 2.

ii

V reakčním stupni 102 spalovací komory 1 jsou umístěny teplotní čidlo 21, napojené na soustavu

22 regulátorů, kde první regulátor 221 je propojen s prvním regulačním pohonem 9, druhý regulátor 222 se třetím¹ regulačním pohonem 23 a třetí regulátor 223 s druhým regulačním pohonem 12.

Před spuštěním šachtové pece 20 se zapálí pomocný hořák 3 a začne se spalovat směs přídavného paliva přiváděného ze zdroje 6 a studeného spalovacího vzduchu přiváděného ze zdroje 8, tedy ventilátoru. Tím dochází k určitému ohřátí vzduchu, který prochází primárním předehřívacím výměníkem 14 a částečně se vrací zpět přívodním potrubím 4 do směšovací komory 2 jako primární vzduch. Až se celý spalovací systém dostatečně předehřeje, zahájí se provoz v šachtové peci 20, kde při spalování vznikají odplyny, které se přes sekundární předehřívací výměník 16 přivádějí do směšovací komory 2.

Při běžném provozu zařízení dochází ve stabilizačním stupni 101 spalovací komory 1 ke spalování kysličníku uhelnatého za poměrně vysokých teplot, poněvadž přiváděné množství primárního vzduchu je dimenzováno tak, aby při hoření nedocházelo k vysokému přebytku vzduchu. Konstrukcí a dimenzováním jednotlivých prvků této části systému, a to jak pomocného hořáku 3, tak směšovací komory 2 je zaručováno intenzivní promíchání přídavného paliva s primárním vzduchem a s spalovacím vzduchem ze zdroje 8 a tím dostatečná kvalita procesu hoření. Přívodem sekundárního vzduchu do rozdělovače 13 na výstupu ze stabilizačního stupně 101 se zaručuje komplexní dopálení kysličníku uhelnatého a dosažení přebytku kyslíku.

Při vysokých koncentracích kysličníku uhelnatého a tím při zvyšování teploty hoření je tato regulována v závislosti na údajích teplotního čidla 21, umístěného v reakčním stupni 102 spalovací komory 1, které sleduje optimální podmínky spalování kysličníku uhelnatého a dalších složek plynu za minimální spotřeby přídavného paliva. První regulátor 221 reguluje uzavíráním a otevíráním modulační armatury 5 a první regulační armatury 7 množství přídavného paliva a spalovacího vzduchu dodávaných do pomocného hořáku 3, přičemž teplota, při níž je

-2CZ 9329 U1 provozována jeho činnost je na úrovni minimální teploty pro dosažení požadovaných hodnot pro emisi kysličníku uhelnatého a je v rozmezí přibližně 800 až 830 °C. Druhý regulátor 222 reguluje pomocí třetí regulační armatury 17 a čtvrté regulační armatury 18 teplotu předehřívaného plynu přiváděného ze sekundárního předehřívacího výměníku 16 do směšovací komory 2 jeho činnost je nastavena pro rozmezí dosažených teplot přibližně 820 až 900 °C. Třetí regulátor 223 pak reguluje pomocí druhé regulační armatury H přívod sekundárního spalovacího vzduchu přes rozdělovač 13 ajeho činnost je nastavena pro rozmezí dosažených teplot přibližně 830 až 940 °C.

Popsané provedení není jediným možným řešením zařízení ale regulační armatury 7, 11, 17 a 18 nemusí být řešeny klapkami a regulační pohony 9, 12 a 23 nemusí být ve formě servopohonů ale mohou být použity i jiné pohony. Rovněž pak nezáleží na tvaru a velikosti spalovací komory i, která může být kruhového, čtvercového či jiného průřezu. Konečně pak primární vzduch nemusí být předehříván, tedy zařízení nemusí být vybaveno primárním výměníkem 14, a stabilizační stupeň 101 může být opatřen čidlem pro regulaci množství přiváděného primárního vzduchu v závislosti na teplotě v tomto stabilizačním stupni 101.

Průmyslová využitelnost

Zařízení pro spalování plynů podle technického řešení může být použito nejen pro šachtové pece pro spalování čediče ale rovněž u všech ostatních spalovacích systémů, kde je nutno zajistit optimalizaci spalovacího procesu plynů.

Claims (5)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení pro spalování plynů, zejména plynů z šachtových pecí pro tavení minerálií, sestávající alespoň ze spalovací pece, napojené na přívod plynů z šachtové pece a vybavené pomocným hořákem, napojeným na zdroj přídavného paliva a zdroj spalovacího vzduchu, když soustava propojovacích potrubí je vybavena regulačními armaturami ovládanými regulačními pohony, vyznačující se tím, že spalovací komora (1) sestává ze stabilizačního stupně (101) a z reakčního stupně (102), kde na vstupu do stabilizačního stupně (101) spalovací komory (1) je vytvořena směšovací komora (2), uspořádaná kolem pomocného hořáku (3), na výstupu ze stabilizačního stupně je umístěn rozdělovač (13) sekundárního vzduchu a v reakčním stupni (102) je umístěno teplotní čidlo (21), napojené na soustavu (22) regulátorů.
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že směšovací komora (2) je napojena přívodním potrubím (4) primárního vzduchu na primární předehřívací výměník (14) napoj ený na výstupu z reakčního stupně (102) spalovací komory (1).
3. 3. Zařízení podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že první regulátor (221) soustavy (22) je propojen s prvním regulačním pohonem (9) pro ovládání jednak modulační armatury (5) napojené na přívodu pomocného paliva do pomocného hořáku (3) a jednak první regulační armatury (7) napojené na přívodu spalovacího vzduchu do pomocného hořáku (3).
4. 4. Zařízení podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že druhý regulátor (222) soustavy (22) je propojen se třetím regulačním pohonem (23) pro ovládání třetí regulační armatury (17) a čtvrté regulační armatury (18), propojené obchvatem (19) a napojené na výstupy sekundárního předehřívacího výměníku (16), zapojeného na výstup odplynů ze šachtové pece (20).

   -3 /
5. 5. Zařízení podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že třetí regulátor (223) soustavy (22) je propojen se druhým regulačním pohonem (12) pro ovládání druhé regulační armatury (12) napojené na přívodu sekundárního vzduchu do rozdělovače (13).

   1 výkres