FI86911B - Apparat foer braenning av kol. - Google Patents

Description

8691 1

Laite hiilen polttamista varten

Keksinnön kohteena on hiilenpolttolaite, jossa on hiilijauheen syöttöputki, joka on työnnetty polttouunin 5 seinämässä olevaan polttimen kaulaan ja joka on hiilijau-heen syöttämistä varten yhdessä ilman kanssa polttouuniin, laite hiilijauheen ja ilman syöttämiseksi hiilijauheput-keen, sekundaari-ilmakanava, joka on muodostettu hiilijau-heputken ja hiilijauheputken ulkokehäsivuun sijoitetun 10 sekundaari-ilman syöttöputken väliin, joka sekundaari-ilman syöttöputki on samankeskinen hiilijauhe-putken kanssa ja on muodostettu hiilijauheputken ulkokehäsivuun, ter-tiaari-ilmakanava, joka on muodostettu sekundaari-ilman syöttöputken ulkokehäsivuun, laite ilman tai happea sisäl-15 tävän kaasun syöttämiseksi sekundaari-ilmakanavaan ja mainittuun tertiaari-ilmakanavaan ja levyrunko, joka on järjestetty hiilijauheputken polttimen puoleiseen päähän ja joka ympäröi hiilijauheputkea ja ulottuu sen ylitse.

Viimeaikoina polttoainetilanteessa tapahtuneen muu-20 toksen vuoksi esimerkiksi lämpövoimaloissa on alettu käyttää yhä enemmän suuria kattiloita, joiden polttoaineena on hiili. Tällöin hiili on tehty jauhemaiseksi, esimerkiksi sellaiseksi hiilijauheeksi, jossa on noin 70 % 200 silmän kokoa, palamisen ja säädettävyyden parantamiseksi.

25 Kuten hyvin tiedetään, palamisen sivutuotteena muo dostuvat typpioksidit (lyhennetty seuraavassa N0X) syntyy kuitenkin suurtehopolttimissa, ja se onkin ollut yksi ilman saastumisen pääsyitä. Näin ollen polttimiin on tehty tiettyjä perusparannuksia tai parannettu palamista kaikis-30 sa polttouuneissa. Hiilijauheen polttamiseen liittyvänä erityisenä probleemana on, että orgaanista tyyppiä oleva typpi (nimitetään seuraavassa polttoaineeksi N), jota on suuri määrä (tavallisesti 1-2 paino-%) hiilijauheessa, synnyttää N0X, ja tämä N0X muodostaa suurimman osan palami-35 sessa syntyvästä NOx:stä.

8691 1 2

Nyt ΝΟχ:η ja N2:n vastaavat rakennereaktiot polttoaineesta N ilmaistaan seuraavilla yhtälöillä (1) ja (2) ja nämä kaksi reaktiota saadaan aikaan keskenään kilpailevina yhtälöistä: 5 *°2 polttoaine N-------> Ν0χ ..... (1) +N0 10 polttoaine N-------> N2 ..... (2) Näin ollen, jotta N2-rakenne saadaan hallitsevaksi ja pidetään yllä suurkuormituspalaminen, on tärkeää varmistaa liekkiä pienentävä korkea lämpötila.

15 Yleensä palamisprosessi, jota nimitetään kaksivai- hepalamiseksi, on tämän polttoreaktion eräs sovellutus. Nimittäin, kuten kuviossa 1 esitetään, ilmaköyhä vyöhyke muodostuu polttouunin 51 poltinvyöhykkeeseen 53 ja mainittua ilmavajausta vastaava ilmamäärä syötetään niin sanotun 20 jälki-ilma-aukon 57 kautta, joka on tehty polttimien 55 alapuolelle täydellisen palamisen saamiseksi aikaan, jolloin palaminen koko polttouunissa paranee ja vähentää näin poistetun ΝΟχ:η määrää. Kun kysymyksessä ovat äskettäin asennetut polttimet, joissa käytetään polttoaineena taval-25 lista hiiltä, niin siitä poistettua NOx-konsentraatiota on ollut viime aikoina vähennettävä noin 200 ppmiään.

Kaksivaihepolttamisen ollessa kyseessä puoliksi palaneet hiilihiukkaset muodostuvat kuitenkin ilmaköyhässä poltinvyöhykkeessä ja uunissa tarvitaan suuri vapaa tila 30 hiilen polttamiseksi kokonaan jälki-ilmalla. Näin ollen, vaikka edellä mainittu polttoprosessi onkin hyvin tehokas palamisen NOx-määrää alennettaessa, sillä on kuitenkin vielä tietyt rajoitukset.

Tämän vuoksi onkin kehitetty niin sanottu kaksois-35 resistorityyppinen poltin, joka on konstruoitu niin, että 3 8691 1 polttimet voivat saada aikaan alhaisen NOx-palamisen edellä mainittuun periaatteeseen perustuen sen sijaan, että palamista ohjataan koko poltinyksikössä. Kuvio 2 esittää kak-soisresistorityyppistä poltinta. Hiili jauhetta kuljetetaan 5 kantoilman (primaari-ilman) avulla noin 20 - 30 % poltto-ilmamäärässä, siirretään hiilijauheputken 8 läpi hiilijau-hevirtana ja ruiskutetaan polttouuniin ruiskutusaukon 9 kautta. Tämä hiilijauhevirta palaa polttouunissa alhaisella ilmasuhteella pelkistävien välituotteiden muodostami-10 seksi ja osan NOx:stä vähentämiseksi kaasuvaiheessa. Toisaalta hiilijauhevirran palamisen muodostaman liekin ulko-kehäosassa syötetään ruiskutusaukon 11 läpi sekundaari-ilma 4, joka on mennyt sekundaari-ilmaresistorin 12 läpi ja jossa on puhaltimen 16 synnyttämä pyörrevoima, ja edel-15 leen liekin ulkokehäosassa ruiskutusaukon 7 läpi syötetään tertiaari-ilmaa 6, joka on mennyt tertiaari-ilmaresistorin 14 läpi. Ilmaa syötetään siis liekkiin kaasuvaiheen pienentämisen jälkeen palamattomien aineiden polttamiseksi. Tällä tavoin kaksivaihepalaminen saadaan aikaan yhdellä 20 polttimella ja ΝΟχ:η vähentäminen esimerkiksi noin 400 ppmrään (prosenttinen vähennys on noin 40 %) on esitetty. Jotta tämäntyyppisellä polttimella saataisiin alhainen ΝΟχ-konsentraatio, polttimen liekki on erotettava sekundaari-ilmasta ja tertiaari-ilmasta polttimen kaulan 18 lähellä 25 polttouunissa hyvän pelkistävän atmosfäärin muodostamiseksi, ja myös päinvastoin tämän liekin alapuolella liekki (tai kaasu) on sekoitettava näihin ilmatyyppeihin palamattomien aineiden polttamiseksi hyvin. Tällaista tyyppiä olevan polttimen ollessa kysymyksessä, on kuitenkin, vaik-30 ka sekundaari-ilma 4 erotetaankin tavallisesti tertiaari-ilmasta 6 hoikilla 10, käytännössä todettu tapahtuvan niin, että hiilijauhevirta, sekundaari-ilmavirta ja ter-tiaari-ilmavirta sekoittuvat helposti polttimen kaulan poistokohdan lähellä, jolloin on vaikea erottaa riittäväs-35 ti ja pitää yllä suuren lämpötilan omaava pelkistävä liek- 4 86911 ki palamisen alkuvaiheessa. Lisäksi liekin pitäminen yllä tavanomaista tyyppiä olevilla polttamilla on pakottanut käyttämään niin sanottua laajakulmahajotustyyppiä olevia ahtopyöriä, jolloin on hyvin vaikea saada aikaan suuren 5 lämpötilan omaava pelkistävä liekki lähellä polttimen kes-kiakselia tiivistettynä.

Edellä esitettyjen probleemien pohjalta käsiteltävän keksinnön tavoitteena onkin saada aikaan sellainen polttolaite, joka pystyy vähentämään paljon ΝΟχ:η muodostu-10 mistä. Tämän toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle hiilen-polttolaitteelle on tunnusomaista, että levyrungon poikkileikkauksen muoto vastaa L-kirjaimen muotoa, jolloin L-kirjaimen ensimmäinen osa on kohtisuoraan hiilijauheput-keen nähden ja on siihen kiinnitetty ulottuen sen sisäpin-15 nan ylitse ja L-kirjaimen toinen osa on yhdensuuntainen hiilijauheputkeen nähden ja on kiinnitetty L-kirjaimen mainittuun ensimmäiseen osaan muodostaen tähän nähden kulman Θir joka on alueella 90° - 150°. Keksinnön mukaisen laitteen edulliset suoritusmuodot on esitetty oheistetuis- 20 sa patenttivaatimuksissa 2-13.

Keksinnön mukaisen laitteen suuri etu on, että typpioksidien määrää voidaan vähentää merkittävästi hiiltä poltettaessa.

Kuvio 1 esittää kaaviona tavanomaista kaksivaihe-25 polttolaitetta, kuvio 2 esittää poikkileikkausta tavanomaisesta hiilenpolttolaitteesta, kuvio 3 on selittävä kuvio ja esittää käsiteltävän keksinnön mukaisen hiilenpoistolaitteen erästä rakennetta, 30 kuvio 4 on selittävä kuvio ja esittää tyypillisesti palamistilaa kuvion 3 laitteessa, kuvio 5 on selittävä kuvio ja esittää hiilijauheen palamistilaa silloin, kun tertiaari-ilmaa syötetään pyör-teisenä kuvion 4 laitteessa, 35 8691 1 5 kuvio 6 esittää yksityiskohtaisena kuviona ristin muotoista levyä, joka on kiinnitetty käsiteltävän keksinnön mukaisen hiilijauheputken kärkipäähän, ja kuvio 7 esittää poikkileikkausta kuviosta 6 nuolen 5 suunnassa tasoa A-A pitkin.

Käsiteltävää keksintöä selostetaan nyt lähemmin piirustuksissa esitettyjen rakenteiden avulla.

Kuvio 3 on poikkileikkaus ja esittää käsiteltävän keksinnön mukaisen polttolaitteen perusrakennetta, ja kulo vio 4 esittää selittävänä kuviona tyypillisesti kuvion 3 mukaisen laitteen tilaa palamishetkellä, kuten edellä on selostettu. Tämä laite käsittää hiilijauheputken 8, joka avautuu polttimen kaulaosaan 18 polttouunin sivuseinämäs-sä; putken ruiskutusaukon 9; sekundaari-ilmaputken 10, 15 joka on järjestetty kaksoisputkeksi, niin että se muodostaa sekundaari-ilmakanavan hiilijauheputken ulkokehään, ja putken 10 ruiskutusaukon; tertiaari-ilmakanavan 7, joka on sijoitettu sekundaari-ilmakanavan 10 ja polttimen kaulan 18 väliin kanavan 7 ulkokehään ja kanavan 7 ruiskutusau-20 kon; levyrungon 20, jolla on L-kirjaimen muotoinen poikkileikkaus, järjestettynä hiilijauheputken 8 ruiskutusauk-koon 9; läpän 30, sekundaari-ilmaresistorin 12 ja puhalti-men 16, jokainen sijoitettuna sekundaari-ilmaputken 10 ilmakanavaan; läpän 32, tertiaari-ilmaresistorin 14 ja 25 puhaltimen 16A, jokainen sijoitettuna tertiaari-ilmakana-vaan 7, ja ulkopuolella olevan ohjausholkin 22, joka on järjestetty sekundaari-ilmaputken 10 päätyosaan.

Polttimen edellä esitetyssä rakenteessa levyrunko 20, joka on poikkileikkaukseltaan L-kirjaimen muotoinen, .30 on renkaan muotoinen levy, jossa on keskellä reikä, jonka läpi hiilijauhevirta menee, ja joka on sijoitettu hiilijauheputken 8 alkupäähän, L-kirjaimen muotoisen poikkileikkauksen omaavan osan toisen sivun ollessa melkein kohtisuorassa hiilijauheputken 8 aksiaaliseen suuntaan nähden 35 ja sen toisen sivun ollessa muodostettu joko yhdensuuntai- 8691 1 6 sena hiilijauheputken aksiaaliseen suuntaan nähden polttouunia päin tai sellaisessa kulmassa, että sivu suurenee säteen suuntaan. Lisäksi, mikäli on järjestetty laippa, joka on muodostettu hiilijauheputken sisäkehäpintareunan 5 ulokkeena putken ruiskutusaukon ulostuloon hiilijauheput ken 8 sisäpuolta päin syttyvyyden lisäämiseksi hiilijauhe-putken ruiskutusaukon ulostulossa ja myös korkean lämpötilan omaavan pelkistävän liekin synnyttämiseksi varmasti poistopäässä, on mahdollista varmistaa vielä suurempi kä-10 siteltävän keksinnön tehokkuus.

Kuvioissa 3 ja 4 laippa esitetään yhtäjaksoisena renkaana, mutta se voi olla myös hammastettu, toisin sanoen siihen on tehty lovia. Lisäksi ruiskutusaukon ulostuloon voidaan järjestää ristin muotoinen levy 60 tai suora-15 viivainen levy 60 sisäpuolista sytytystä varten kuvioiden 6 ja 7 esittämällä tavalla. Levyrungon 20 sisähalkaisija d, ja hiilijauheputken 8 sisähalkaisija d2 määrätään mieluimmin niin, että saadaan suhde 0,7<(d1/d2)=<0,98 ja mieluimmin niin, että dj/dj on noin 0,9. Suhde dj^/dj ei ole 20 rajoitettu edellä mainittuun alueeseen, vaan suhteen dx/d2 ollessa liian pieni levyrunko suuntautuu liian paljon hiili jauheputken sisäpuolta päin ruiskutusaukon 9 läpi menevän hiilijauhevirran virtausnopeuden lisäämiseksi ja tämän vuoksi paineen alenemisen lisäämiseksi hiilensyöttöputkes-25 sa. Kulma θ1, joka muodostuu levyrungon 20 poikkileikkaukseltaan L-kirjaimen muotoisen rakenteen molempien sivujen väliin, omaa tietyn liekin ylläpitotehon myös ollessaan alle 90°, mutta kulmaksi suositetaan tavallisesti 90° tai enemmän (nimenomaan 90° - 150°), jolloin lisätoiminnoksi 30 tulee sekundaari-ilmavirtauksen laajentaminen levyrungon ympärillä sen ulkopuolelta päin ja keskellä oleva pelkistävä liekki I pystytään erottamaan hyvin liekkiä I ympäröivästä hapettavasta liekistä II. Lisäksi hiilijauheputken 8 ulostulon ja pelkistävän liekin väliin muodostuu 35 hiilijauheen haihtuvista aineista polttovyöhyke IQ, joka on lähellä pelkistävää liekkiä.

8691 1 7

Levyrungon 20 ja sekundaari-ilmaputken väliseen etäisyyteen, toisin sanoen sekundaari-ilman renkaan muotoisen ruiskutusaukon 11 kokoon nähden, levyrungon ulko-halkaisijan d3 ja hiilijauheputken 8 sisähalkaisijan d2 5 välisen erotuksen (d3-d2) suhde ja sekundaari-ilmaputken 10 sisähalkaisijan d4 ja hiilijauheputken 8 sisähalkaisijan d2 välisen erotuksen (d4~d2) suhde on mieluimmin 0,5 tai enemmän (toisin sanoen (d3~d2)/(d4-d2)<0,5, nimenomaan 0,5-0,9 välisellä alueella. Tämä suhde ei ole rajoitettu edellä 10 mainittuun alueeseen, mutta sekundaari-ilman ruiskutusaukon 11 koon ollessa liian suuri sekundaari-ilman erottaminen pelkistävästä liekistä I ei riitä, ja koska sekundaari-ilma sekoittuu pelkistävään liekkiin, pelkistävä radikaali hapettuu helposti. Jos ruiskutusaukon 11 koko on 15 liian pieni, on vaikea syöttää riittävä määrä sekundaari-ilmaa, ja voimankulutus kasvaa virtausvastuksen lisääntymisestä johtuen.

Hiilijauheputken 8 ulkokehäosan ympärille on järjestetty sekundaari-ilmaputki (holkki) 10 ja lisäksi tämän 20 putken 10 ympärille ja sen ja polttimen kaulan 18 väliin on järjestetty tertiaari-ilmakanava 7 renkaan muotoisen kanavan muodostamiseksi. Nämä holkit voivat olla muodoltaan sellaisia, ettei niiden halkaisija kasva niiden pää-tyosassa, toisin sanoen holkit voivat olla kauttaaltaan 25 katkaistun lieriön muotoisia, mutta kuvioissa 3 ja 4 esitetyllä tavalla suositellaan kuitenkin järjestettäväksi ulkopuolinen ohjausholkki 22 sekundaari-ilmaputken 10 pää-tyosaan ja myös suppilomainen osa 23 polttimen kaulaan 18, niin että halkaisija voi kasvaa avonaiseen päähän päin. 30 Kun tällainen muoto valitaan, kaasujen erottaminen pystytään suorittamaan tehokkaammin, kuten myöhemmin selostetaan. Lisäksi levyrunko 20 ja ohjausholkki 22 voidaan konstruoida niin, että osien vastaavat seinämävahvuudet voivat kasvaa asteittain avonaiseen päähän päin polttouu-35 nin sivulla, jolloin vastaavat ulkohalkaisijaosat muodos- 8691 1 8 tuvat avonaisen pään suunnassa sellaisessa kulmassa, joka on terävämpi kuin vastaavien sisähalkaisijaosien kulma.

Sekundaari-ilmaputken 10 päätyosaan järjestetty ohjausholkki 22 on muodoltaan sellainen, että sen halkai-5 sija kasvaa sen avonaisen pään suuntaan, kuten edellä selostettiin, ja ohjausholkin 22 ja vaaka-akselin välinen kulma θ2 on mieluimmin 30° - 50°, niin että sekundaari-ilmasta johtuva hapettava liekki II voi muodostua pelkistävän liekin I ulkopuolelle kuvion 4 esittämällä tavalla.

10 Tämä kulma ei ole aina rajoitettu edellä mainittuun alueeseen, vaan sen ollessa liian pieni hapettava liekki II siirtyy sisäänpäin ja kaventaa korkean lämpötilan omaavaa pelkistävää liekkiä I ja aiheuttaa usein myös ohjausholkin 22 tietyn polttohävikin. Jos kulma on taas liian suuri, 15 ruiskutusaukosta 23 ohjausholkin 22 ulkopuolelta tuleva tertiaari-ilma hajaantuu ja kääntyy takaisin seinämää pitkin uunin sisäpuolella, jolloin liittyminen palamisvyöhyk-keeseen IV on vaikeaa. Edelleen θ2 määrätään mieluimmin kulman θ3 koon perusteella polttimen kaulan suppilomaisessa 20 osassa 26. Mitä tulee sitten sekundaari-ilmaputken 10 ruiskutusaukon 11 kokoon, kun sekundaari-ilmaputken 10 sisähalkaisija on d4, ohjausholkin 22 ulkohalkaisija on d5 ja polttimen kaulan 18 sisähalkaisija on d6, koko on mieluimmin (d5-d4)/(d6-d4)<0,50,5, nimenomaan (d5-d4)/(d6-d4) = 25 0,5-0,9.

Sekundaari-ilma 4 menee läpän 30 ja ilmaresistorin kautta ja saa aikaan tietyn pyörteisyyden sekundaari-ilma-puhaltimessa 16. Sen jälkeen se menee levyrungon 20, jonka poikkileikkaus on L-kirjaimen muotoinen, ja sekundaari-30 ilman syöttöputken 10 läpi ja puhalletaan uuniin ruiskutusaukosta 11. Tämä sekundaari-ilma käytetään sitten muodostettaessa kuviossa 4 näkyvä hapettava liekki II.

Tertiaari-ilma 6 (kanava 7) menee läpän 32, ilmaresistorin 14 ja tertiaari-ilmapuhaltimen 16A kautta ja pu-35 halletaan uuniin ruiskutusaukosta 23, joka on muodostettu 8691 1 9 sekundaari-ilmaputken 10 ohjausholkin 22 ja polttimen kaulan 18 väliin. Ilma hajoaa sitten kerran ulospäin ohjaus-hoikin 22 kulmasta ja ilmaresistorin 14 ja ilmapuhaltimen 16A antamasta voimasta johtuen sekä liittyy sen jälkeen 5 denitraatiovyöhykkeen III myötävirtapuolelle muodostaen täydellisen hapetusvyöhykkeen IV (katso kuvio 4). Selvän, täydellisen hapetusvyöhykkeen IV muodostamiseksi suositetaan järjestettäväksi pyörteityslaite, esimerkiksi ilmapu-hallin 16A, joka antaa tertiaari-ilmalle suuren pyörrevoi-10 man. Kun tertiaari-ilma on pyörteinen, kuten edellä esitetään, se hajoaa kerran ulospäin ja liittyy sitten varmasti täydelliseen hapetusvyöhykkeeseen IV, joka on jälkivir-tausvyöhyke, jossa denitraatioreaktio on suoritettu, jolloin palamattomat aineet pystytään polttamaan täydellises-15 ti.

Kuvioissa 3 ja 4 esitetyssä poltinlaitteessa hiili-jauhe menee hiilijauhevirtana 2 hiilijauheputken 8 ja ruiskutusaukon 9 läpi ja ruiskutetaan uunin sisäpuolelle. Tällöin, kuten kuviossa 4 esitetään, levyrungon 20 L-kir-20 jaimen muotoisen osan sisäpuolelle syntyy pyörrevirtaus 24, koska levyrungon poikkileikkaus on L-kirjaimen muotoinen. Pyörrevirtaus estää hiilijauhevirran hajoamisen L-kirjaimen muotoisen osan ulkopuolelle ja virta sytytetään tässä liekin ylläpitävän toiminnon saamiseksi aikaan.

25 Levyrungon alapuolelle syntyy nimittäin pyörrevirtausvyö- hyke, johon hiilijauhetta tulee sisäpuolelta ja ilmaa ulkopuolelta ehjän sytytysliekin muodostamiseksi sinne. Tästä johtuen korkean lämpötilan omaava pelkistävä liekkiosa I muodostuu lähelle poltinta. Tänä pelkistävänä liekki-30 osana I hiilen typpiseokset hajoavat haihtuviksi typpi-seoksiksi (haihtuva aineosa N) ja typpiseoksiksi, jotka sisältyvät hiileen (hiili N) seuraavan yhtälön esittämällä tavalla: 35 kokonaispolttoaine N ------> haihtuva aineosa N + hiili N (3) 8691 1 10

Haihtuva aineosa N sisältää radikaaleja, esim. *NH2,*CN ja niin edelleen, pelkistävinä välituotteina ja CO vastaavina pelkistävinä välituotteina. Jopa suuren lämpötilan omaavassa pelkistävässä liekissä voi syntyä paikal-5 lisesti pieni määrä ΝΟχ, mutta tämä muutetaan pelkistäviksi radikaaleiksi hiilivetyradikaaleilla, kuten *CH, joita on hiilijauhevirrassa seuraavan yhtälön (4) esittämällä tavalla: 10 NO + *CH-------> *NH + CO (4)

Lisäksi korkean lämpötilan omaavan pelkistävän liekin I ympärille muodostetaan hapettava liekki II sekundaari-ilmalla 4, ja tämä liekki II hapettaa haihtuvan aineen N korkean lämpötilan omaavasta pelkistävästä liekistä I ja 15 ilmassa olevan typen (N2), jolloin syntyy polttoaine NO ja terminen NO, kuten seuraavat yhtälöt (5) ja (6) esittävät: 2 haihtuva aineosa N + 02 ------> 2NO (poltto aine NO) (5) 20 N2 + 02 -----------> 2N0 (termi nen NO) (6)

Pelkistävässä vyöhykkeessä (III) hapettavassa lie-. kissä II muodostunut NO reagoi pelkistäviin välituottei siin (*NX), joita on korkean lämpötilan omaavassa pelkistä- 25 vässä liekissä I, N2:n muodostamiseksi; näin ollen tapahtuu itsedenitraatio X:n vastatessa H2, C ja niin edelleen NO + *NX-----> N2 + XO (7) 30 Täydellisessä hapetusvyöhykkeessä IV, joka muodos tuu pelkistysvyöhykkeen III myötävirtapuolelle, tertiaari-ilma 6 syötetään pelkistysvyöhykkeen III myötävirtapuolelle, ja mainittu N:ää sisältävä hiili (hiili N) ja palamattomat aineet palavat siellä täydellisesti, kuten edellä on 11 H 6 911 NO:ksi konversion ollessa noin muutamia prosentteja; sen vuoksi on vaikea pelkistää tällaista määrää muodostunutta NO:ta hydrodynaamisella toiminnolla, joten on toivottavaa, että hiili N puretaan kaasuvaiheeseen, mikäli mahdollista 5 ennen tätä vaihetta. Käsiteltävässä keksinnössä, koska kondensoitu, korkean lämpötilan omaava pelkistävä liekki on sisäpuolella, hiilen N purkaminen kaasuvaiheeseen edistyy liekin korkeasta lämpötilasta johtuen, ja sitten purkamisen jälkeen sen muuttuminen NO:ksi estyy myös pelkis-10 tävästä atmosfääristä johtuen.

Kuvio 5 esittää tyypillistä hiilijauheliekin rakennetta silloin, kun tertiaari-ilma 6 syötetään kuviossa 4 näkyvänä pyörrevirtana. Tässä tapauksessa haihtuvien aineiden palamisvyöhyke IQ, pelkistävä liekkiosa I (pelkistä-15 vän aineen synnyttävä vyöhyke), hapettava liekkiosa II

(hapetusvyöhyke) ja denitraatioliekkiosa III (denitraatio-vyöhyke) esiintyvät selvemmin kuin kuviossa 4 näkyvät vyöhykkeet .

Koska ohjausholkki 22 joutuu korkeisiin lämpötiloi-20 hin, on toivottavaa, että se jäähdytetään sen materiaalin suojaamiseksi. Tähän tarkoitukseen sopivaksi laitteeksi voidaan muodostaa hoikin ulkopintaan uraputki samaan suuntaan kuin tertiaari-ilman pyörresuunta sen pinta-alan lisäämiseksi. Lisäksi ulokkeita voidaan sijoittaa hoikin 25 siihen osaan, jossa se joutuu polttouunista tulevaan säteilyyn, jolloin jäähdytysvaikutus lisääntyy. Lisäksi haluttaessa estää tuhkan tarttuminen hoikkiin 22 hoikkiin voidaan tehdä tietty määrä tuuletusreikiä.

Niihin osiin, joista levyrunko 20 ja ohjausholkki 30 22 kuluvat, voidaan panna korkean lämpötilan aiheuttamaa kulumista kestävää materiaalia, esimerkiksi keramiikkaa.

Levyrunko 20 voidaan varustaa tietyllä määrällä tuuletusreikiä tai uria tuhkan tarttumisen estämiseksi. Rungon ollessa uritettu pystytään sen lämpökuormituksesta 35 johtuva deformaatio myös estämään tehokkaasti.

12 86911 johtuva deformaatio myös estämään tehokkaasti.

Levyrunko 20 voidaan muodostaa hiilijauheputkesta 8 erillisenä ja kiinnittää putken päätyosaan tai se voidaan muodostaa putkeen kiinteästi liittyvänä.

5 Lisäksi levyrunko 20 voi koostua useista krysantee min muotoon liittyvistä kappaleista, jotka avautuvat tai sulkeutuvat ulkopuolelta käsin tapahtuvalla toiminnolla avautuvan osan (ruiskutusaukon 9) mitan muuttamiseksi.

Kun sekundaari-ilman ja tertiaari-ilman syöttöjär-10 jestelmä jaetaan kahdeksi ilmajohdoksi kaksoistuulikaapin avulla ja vastaavat ilmajohdot varustetaan puhaltimella, niin että näin voidaan itsenäisesti ohjata ilman syöttö-määrää ja ilmanpainetta, käsiteltävän keksinnön tekninen valmius tehostuu vielä lisää.

15 Käsiteltävässä keksinnössä levyrunko 20 on kiinni tetty hiilijauheputkeen 8, kuten kuviossa 3 esitetään, estämään hiilijauheen leviäminen; tämän vuoksi korkean lämpötilan omaava pelkistysvyöhyke voidaan päästää lähemmäksi polttimen kärkipäätä kuviossa 2 esitettyyn, tyypiltään ta-20 vanomaiseen polttimeen verrattuna. Näin ollen myös silloin, kun sekundaari-ilma ja tertiaari-ilma ruiskutetaan tavanomaista hoikkia (viitenumero 10 kuviossa 2) käyttäen, korkean lämpötilan omaava pelkistysvyöhyke muodostuu sen pisteen yläpuolelle, jossa nämä ilmatyypit sekoittuvat, 25 joten pystytään suorittamaan suhteellisen hyvä kaasuvaihe-pelkistys. Kuitenkin lisäksi järjestämällä puhaltimia sekundaari-ilman ja tertiaari-ilman syöttämiseksi erikseen ja lisäksi järjestämällä, kuten kuviossa 3 esitetään, läpät 30 ja 32, ilmaresistorit sekundaari-ilmaa ja tertiaa-30 ri-ilmaa varten (12 ja 14) ja ilmapuhaltimet sekundaari-ilmaa ja tertiaari-ilmaa varten (16 ja 16A) pyörreosina päähän näiden ilmatyyppien vastaavien paineiden ja määrien ohjaamiseksi erillisinä ja pyörrevoiman antamiseksi niille, on mahdollista lisäksi erottaa hyvin sekundaari-35 ilma ja tertiaari-ilma korkean lämpötilan omaavasta pel- 8691 1 13 kistävästä liekistä I. Tässä tapauksessa on todettu, että tertiaari-ilman 6 paineen ollessa esimerkiksi 120 mm vp ilmaresistorin 14 yläpuolella päästään hyviin tuloksiin. Edelleen on todettu, että tertiaari-ilman 6 määrän suhde 5 sekundaari-ilmaan 4 on noin 3,5 ~ 4,5:1. Lisäksi tavanomaisten polttimien osalla suhde on noin 2:1. Käytettäessä edellä mainittuja laitteita sekundaari-ilma 4 ja/tai tertiaari-ilma 6 pitävät kumpikin yllä suuren pyörrevoiman ja riittävän määrän ja ne ruiskutetaan polttimen kaulan 10 kautta uuniin laajassa kulmassa; tästä johtuen myös silloin, kun korkean lämpötilan omaava pelkistävä liekki muodostuu polttimen kärkipään läheisyydessä kuten edellä selostettiin, korkean lämpötilan omaavan pelkistävän liekin sekoittuminen sekundaari-ilmaan tai tertiaari-ilmaan on 15 vähäistä polttimen kärkipään lähellä, joten on mahdollista muodostaa hyvä kaasuvaiheen pelkistävä vyöhyke III. Toisaalta korkean lämpötilan omaavan pelkistävän liekin myö-tävirtapuolella sekundaari-ilman ja tertiaari-ilman ruis-kutusenergiat vähenevät, nämä ilmatyypit virtaavat poltti-20 men aksiaalisessa osassa, ja palamattomat aineet palavat.

Nykyisen polttimen konstruoimiseksi käsiteltävän keksinnön mukaiseksi polttouuniksi on taloudellista muodostaa levyrunko, joka on L-kirjaimen muotoinen 20 ja suppilomainen osa 22, hiilijauheputken 8 ja sekundaari-ilma-25 putken (hoikin) 10 vastaaviin kärkipäihin.

Lisäksi kokeilla on todettu, että pyörrelaitteen ollessa järjestetty mainitun sekundaari-ilman 4 ja mainitun tertiaari-ilman 6 vastaaviin kanaviin ja ruiskutettaessa sekundaari-ilmaa 4 erilaisella pyörrevoimalla tai 30 eri suuntaan tertiaari-ilman 6 suuntiin nähden on mahdollista muodostaa kuviossa 4 symbolilla II esitetyn hapettavan liekkiosan kiertävä pyörre stabiloituna. Tämän kiertävän pyörteen II esiintymisestä johtuen uloin kehäilma (tertiaari-ilma 6) erotetaan hyvin tehokkaasti hiilijauhe-35 virrasta kiertävän pyörteen II ympärillä ja myös tämän 8691 1 14 pyörteen esiintymisestä johtuen on mahdollista suorittaa helposti tertiaari-ilman sekoittaminen korkean lämpötilan omaavaan pelkistävään liekkiin I pyörteen myötävirtapuo-lella. Mainitun sekundaari-ilman pyörresuunta voi olla 5 sama tai päinvastainen mainitun tertiaari-ilman pyörre-suuntaan nähden.

Käsiteltävässä keksinnössä hiilijauheputkeen 8 syötetyn primaari-ilman ilmasuhde (ilmansyötön määrän suhde siihen ilmamäärään, joka tarvitaan hiilen teoreettiseen 10 polttamiseen), on 1,0 tai vähemmän, mieluimmin 0,2 - 0,35. Lisäksi primaari-ilman tilavuussuhde sekundaari-ilmaan on mieluimmin 1,0 - 0,7, ja tertiaari-ilman tilavuussuhde sekundaari-ilmaan on mieluimmin 2:1 - 6:1, nimenomaan 3,5:1 - 6:1.

15 Primaari-, sekundaari- ja tertiaari-ilmana voidaan käyttää ilmaa, palamispoistokaasua, näiden seosta ja niin edelleen.

Käsiteltävän keksinnön mukainen polttolaite voidaan asentaa uunin seinämään poltinlaitteena yhtenä vaiheena 20 tai useina vaiheina tai yhdistelmänä toisen, jo tunnetun poltinlaitteen kanssa. Jos se asennetaan useina vaiheina, ja jos alavaiheen polttimeen syötetyn polttoaineen määrä on suurempi kuin ylävaiheen polttimeen syötetyn polttoaineen määrä, on mahdollista saada kokonaisuutena aikaan 25 hyvät palamisolosuhteet, jolloin palamattomien aineiden määrä on pieni.

Käsiteltävän keksinnön mukaan hiilijauheputken kärkipäähän on järjestetty tiettyä muotoa oleva levyrunko, jolloin on mahdollista estää hiilijauheen hajoaminen, niin 30 että muodostuu hyvä pelkistävä liekki I hiilijauheputken ruiskutusaukon lähelle ja myös hapettava liekki II pelkistävästä liekistä I erillisenä sen ulkokehäsivun ympärille. Näin ollen pelkistävä liekki I tulee hyvin lähelle hiili-jauheputken ruiskutusosaa, ja sen ympärillä on hapettava 35 liekki II ja pitää yllä korkean lämpötilan, jolloin syntyy 15 $ 6 911 suuri määrä pelkistäviä välituotteita; tästä johtuen pelkistävän liekin myötävirtapuolella, kuten edellä on selostettu, on mahdollista suorittaa palamistuotteiden denit-raatio suurella teholla. Lisäksi, koska polttokaasuun si-5 sältyvät palamattomat aineet palavat kokonaan sekundaari-ilman ulkokehäpuolelta syötetyn tertiaari-ilman vaikutuksesta, pystytään palamispoistokaasuun sisältyviä palamattomia aineita tuntuvasti vähentämään. Lisäksi liekki muodostuu varmasti sytytyksen tapahtuessa polttoaineen ruis-10 kutusaukko-osassa; tämän vuoksi, kun laitetta sovelletaan nimenomaan sellaisiin kaasupolttoainepolttimiin, jotka aiheuttavat helposti vaikeuksia polttouunissa tapahtuvaan palamiseen nähden, esimerkiksi palamisvärähtely ja niin edelleen, on mahdollista päästä hyviin tuloksiin.

15

Claims (13)

8691 1 16

1. Hiilenpolttolaite, jossa on hiilijauheen syöt-töputki (8), joka on työnnetty polttouunin seinämässä ole- 5 vaan polttimen kaulaan (18) ja joka on hiilijauheen syöttämistä varten yhdessä ilman kanssa polttouuniin, laite hiilijauheen ja ilman syöttämiseksi hiilijauheputkeen (8), sekundaari-ilmakanava, joka on muodostettu hiilijauheput-ken (8) ja hiilijauheputken ulkokehäsivuun sijoitetun se-10 kundaari-ilman syöttöputken (10) väliin, joka sekundaari-ilman syöttöputki (10) on samankeskinen hiilijauheputken (8) kanssa ja on muodostettu hiilijauheputken (8) ulkokehäsivuun, tertiaari-ilmakanava (7), joka on muodostettu sekundaari-ilman syöttöputken (10) ulkokehäsivuun, laite 15 ilman tai happea sisältävän kaasun syöttämiseksi sekundaari-ilmakanavaan (10) ja mainittuun tertiaari-il-makanavaan (7) ja levyrunko (20), joka on järjestetty hiilijauheputken (8) polttimen puoleiseen päähän ja joka ympäröi hiilijauheputkea ja ulottuu sen ylitse, tunnet 20 t u siitä, että levyrungon (20) poikkileikkauksen muoto vastaa L-kirjaimen muotoa, jolloin L-kirjaimen ensimmäinen osa on kohtisuoraan hiilijauheputkeen (8) nähden ja on siihen kiinnitetty ulottuen sen sisäpinnan ylitse, ja L-kirjaimen toinen osa on yhdensuuntainen hiilijauheputkeen 25 nähden ja on kiinnitetty L-kirjaimen mainittuun ensimmäiseen osaan muodostaen tähän nähden kulman θ^, joka on alueella 90° - 150°.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitun levyrungon (20) sisähal- 30 kaisijän d^ suhde (d^/d2) mainitun hiilijauheputken (8) sisähalkaisijaan d2 on 0,7 - 1,0.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitun levyrungon (20) ul-kohalkaisijän d^ ja mainitun hiilijauheputken (8) sisähal- 35 kaisijän d2 erotuksen (d^ - d2 ) suhde mainitun sekundaari- 8691 1 17 ilmaputken sisähalkaisijän d4 ja mainitun hiilijauhejiutken (8) sisähalkaisijän d2 väliseen erotukseen (d4 - d2), toisin sanoen (d3 - d2)/ ' on 0,5 ta* enelMn^n.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, 5 tunnettu siitä, että ulkopuolinen ohjausholkki (22) on järjestetty mainitun sekundaari-ilman syöttöputken (10) kärkipäähän, ja että tämän ohjausholkin (22) vaaka-akselin kanssa muodostama kulma Θ2 on 30° tai enemmän.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen 10 laite, tunnettu siitä, että mainittu polttimen kaula (18) muodostaa suppilomaisen osan (26), jonka halkaisija suurenee polttouuniin päin.

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu polttimen kaula (18) muo- 15 dostaa suppilomaisen osan (26), jonka halkaisija suurenee polttouuniin päin, ja että mainitun ohjausholkin (22) ul-kohalkaisijän dg ja mainitun sekundaari-ilman syöttöputken (10) sisähalkaisijän d4 välisen erotuksen (dg - d4) suhde mainitun polttimen kaulan (18) sisähalkaisijän dg ja mai-20 nitun sekundaari-ilman syöttöputken (10) sisähalkaisijän d4 väliseen erotukseen (dg - d4) on 0,5 tai enemmän.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että levyrunko on järjestetty siten, että hiilijauheputken (8) kärkipään läheisyy- . 25 teen muodostuu käytössä virtauskuvio, jossa on olennaises ti aksiaalinen hiilijauheen ja ilman virtaus ja jota ympäröi putken (8) ulkokehällä lähellä laipan sisäpintaa ja ulottuu tästä alajuoksun suuntaan pyörrevirtaus, joka estää primäärisen hiili- ja ilmavirtauksen sekoittumisen 30 sekundaari-ilmaan, joka on virrannut laipan ulkopinnan yli.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että pyörrelaite (16, 16A) on järjestetty mainitun sekundaari-ilman ja mainitun ter- 35 tiaari-ilman vastaaviin kanaviin. 8691 1 18

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitun sekundaari-ilman pyörre-suunta on sama tai päinvastainen kuin mainitun tertiaari-ilman suunta.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitulla sekundaari-ilmalla ja mainitulla tertiaari-ilmalla on erillisesti vastaavasti ilmalaatikko (12, 14), niin että tällöin on mahdollista ohjata erillisesti mainitun sekundaari- ja 10 tertiaari-ilman vastaavia virtausmääriä ja ruiskutuspai-neita.

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-9 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitulla sekundaari-ilmalla ja mainitulla tertiaari-ilmalla on 15 erilliset omat puhaltimensa, niin että tällöin on mahdollista ohjata erillisesti mainitun sekundaari-ilman ja tertiaari-ilman vastaavia virtausmääriä ja ruiskutuspaineita.

12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-9 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitulla 20 sekundaari-ilmalla ja mainitulla tertiaari-ilmalla on erilliset omat joko ilmalaatikkonsa (12, 14) tai puhaltimensa, niin että tällöin on mahdollista ohjata erillisesti mainitun sekundaari- ja tertiaari-ilman vastaavaa virtausmäärää ja ruiskutuspaineita.

13. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että se on konstruoitu niin, että mainitun ruiskutetun tertiaari-ilman määrä voi olla 2,5 kertaa tai enemmän kuin mainitun sekundaari-ilman määrä. 30 8691 1 19