FI98658C - Jauhetun hiilen poltin, jauhetun hiilen kattila ja menetelmä polttaa jauhettua hiiltä - Google Patents

Description

- 98658 JAUHETUN HIILEN POLTIN, JAUHETUN HIILEN KATTILA JA MENETELMÄ POLTTAA JAUHETTUA HIILTÄ

Keksinnön tausta 5 1. Keksinnön ala

Keksinnön kohteena on jauhetun hiilen poltin ja kattila, jossa on tällainen poltin, ja menetelmä jauhetun hiilen polttamiseksi ja erityisemmin käsittelee hiilen polton aikana tuotettujen 10 typpioksidien (jotka lyhennetään "NOx":lla) vähentämistä.

2. Tekniikan tason kuvaus

Jauhetun hiilen polton aikana tuotettu N0X tulee miltei koko-15 naan hiilen sisältämän typen hapettumisesta. Hiilen sisältämä typpi hajoaa ja vapautuu pyrolyysissa syaanivedyksi (HCN) ja tai ammoniakiksi (NH3). Nämä hapettuvat NOx:ksi, mutta niillä voi olla myös vaikutus pelkistää NOx N2:ksi matalan happiväke-vyyden olosuhteissa.

20

Tyypillinen polttomenetelmä on kaksi vaiheinen menetelmä, jossa ylimäärä polttoaineen (ilmalaiha) palaminen suoritetaan poltinyksikössä niin, että jäljelle jääneet palavat komponentit liekin alavirrassa poltetaan ilman kanssa tarkoituksena 25 täydellinen palaminen. Tämä menetlmä on tehokas vähentämään NOx:ää ja sopii moniin polttimiin, mutta vaatii suuren poltto-kammion kaiken polttoilman ja palavien komponenttien sekoittamiseksi ja polttamiseksi, niin että poltin on kooltaan suuri. Tuloksena palaminen on suoritettava polttimessa käyttämällä JO ilmamäärä, joka on olennaisesti tarpeen täydellistä palamista varten tällä tavalla parantaakseen palamistehokkuutta polttimessa muodostetussa liekissä ja vähentämään NOx:ää. Tällaisia polttimia on kuvattu JP-julkaisuissa A-60-226609 ja A-61-119259, joissa palamisilma on jaettu primaariseen, sekundaari-35 seen ja tertiaariseen ilmavirtaukseen, ja joissa tertiaarisen ilman täydellistä palamista varten ja liika polttoaineen liekin välistä sekoittumista keskiosassa on viivytetty helpottamaan pelkistävän atmosfäärin muodostumista NOx:lle liekin kes- 98658 2 kiosassa. Toisaalta poltinta polttoaineen ja ilman sekoitusti-lan säätämiseksi polttoainevaraston putken ohjaamisella on esitetty JP-julkaisuissa A-55-17060, A-56-44505 ja 56-119406.

5 Jotta edellä kuvatut ylimääräpolttoaineen polttomenetelmät toteutetaan, jauhettu hiili on sytytettävä niin vähällä ilmaa kuin mahdollista ennen kuin tertiaarinen ilma sekoitetaan.

Lisäksi hiilisuuttimesta syötettävä polttoaine on jaettava polttoainekammiossa (a) polttoaineeksi, joka on syötettävä 10 liekin keskiosaan niin, että muodostetaan pelkistävä atmosfääri NOx:lle, ja (b) polttoaineeksi, joka on syötettävä lämpölähteenä edistääkseen hiilen pyrolyysia, joka hiili on syötetty NOx:ää pelkistävään atmosfääriin liekin keskiosassa liekin ulkokehälle niin, että palamisilma ja hiili sekoitetaan tällä 15 tavalla palamisen aktivoimiseksi. Tästä syystä on tarpeen säätää hiilen pitoisuutta hiilikanavan poistokäytävässä.

Menetelmä hiilen jakautuman muuttamiseksi jauhetun hiilen kanavassa edellä mainitun kohdan ollessa mielessä voidaan luo-20 kitella kahteen seuraavaan tyyppiin: (i) kantajailma, joka virtaa hiilikanavan läpi, muodostaa pyörteitä muuttaen hiilen jakautumaa, kuten on esitetty JP-julkaisuissa A-57-12209, A-63-87508 ja A-54-159741; ja (ii) hiilen jakautuminen muutetaan käyttämällä venturiputkea hiilikanavan käytävän keskiosan te-25 kemiseksi kapeammaksi ja sitten hajauttamalla alavirran käytävä, kuten on esitetty JP-julkaisuissa A-54-159742, A-60-202204 ja A-62-172105.

Menetelmässä (i) hiili keskitetään hiilikanavan sisäkehän lä-30 heisyyteen kantajailman pyörteisellä virtauksella ja samakes-kinen käytävä järjestetään alavirtaan vähentämään hiilen keskittymistä hiilikanavan keskiosaan ja rikastamaan ulkokehän käytävän hiilikanavan hiilipitoisuutta. Tämä menetelmä voi säätää hiilipitoisuutta, mutta muuttaa hiilen kantajailman 35 virtausnopeuden jakautumista. Koska kantajailma on myös pyör-teinen ja keskitetty hiilikanavan sisäkehälle, suihkutusnopeus hiilisuuttimen keskiosassa hidastuu mutta se kiihtyy ulkokehällä. Tämän menetelmän hiilen suihkutuksen mukaan keskiosaan 98658 3 alhaisella nopeudella suihkutettuun hiileen vaikutetaan pyörteillä, jotka tavallisesti lisätään hiilisuuttimen ulkokehältä suihkutettuun palamisilmaan, niin että hiili leviää säteettäi-sesti ulospäin polttimen akselista. Koska tällainen hiilen 5 käyttäytyminen vaikuttaa niin että se vähentää hiiltä, joka on syötetty edellä mainittuun NOx:ää pelkistävään atmosfääriin ja sen mukaisesti estää NOx:ää pelkistävän atmosfäärin reaktiot, syntyy ongelma hiilen alhaisen NOx:n palamisen kannalta.

10 Menetelmässä (ii) hiili ja kantajailma kerätään venturin keskiosaan niin, että hiilen jakautumista voidaan säätää käyttäen hyväksi hiilen hidastuvuutta alavirrassa hajaantuvassa osassa. Tämän menetelmän mukaan hiilen suuttimen keskiosasta suihkutettu ja NOx:ää pelkistävään atmosfääriin syötetty hiili lisä-15 tään ja suihkutetaan hiilisuuttimen ulkokehältä niin, että liekin ulkokehälle syötettävä hiili vähenee. Tuloksena liekin ulkokehällä oleva polttoaine vähenee tullen heikosti syttyväksi. Toisaalta NOx:ää pelkistävään alueeseen syötettävä polttoaine myöhästyy sen sekoittamisessa palamisilman kanssa. Jos 20 polttoainetta lisätään tässä pelkistävässä alueessa, ei-pala-neen polttoaineen osuus polttokammion poistokäytävässä lisääntyy alentaen kattilan tehokkuutta.

Alla kuvatun tämän keksinnön valossa tekniikan tason erityis-25 piirteitä kuvaavat jotkin edelliset julkaisut esitetään nyt tarkemmin: JP-julkaisussa A-54-159741 virtaus pyörteitetään hiilikanavaan vähän poistokäytävästä ylävirtaan sijoitetuilla siivekkeillä.

30 Virtauksen säteettäiset ulko-osat kulkevat sitten suppenevan rengasmaisen poistokäytävän läpi, joka kiihdyttää niitä.

JP-julkaisu A-56-4405 esittää pyörresiivekkeet hiilikanavan poistokäytävässä, jossa on sitten hajoava poistoliekki niin, 35 että se aikaansaa hajaantuvan hiilen jakautuman.

JP-julkaisussa A-57-12209 ylävirran puoleinen sykloni nostaa hiilikonsentraation hiilikanavan ulkopuolta kohti. Säteettäi- 98658 4 nen ulkovirtaus on erotettu sisäpuolisesta keskitetyllä kar-tiomaisella putkimaisella upotteella suippenevasti kartiomai-sessa poistokäytävässä ja kiihdytetty kiilan muotoisilla upot-teen ja ulkoputken välisillä välilevyillä, jotka asteettain 5 vähentävät mahdollista virtauspoikkipintaa ulkovirtausosaa varten poistokäytävää kohti.

JP-julkaisu A-62-172105 esittää hiilikanavaa, jossa on ulospäin hajoava siirtymä suurempihalkaisijaiseen osaan poisto-10 käytävän lähellä ja leimahtaen lisäksi poistokäytävässä. Alkuperäinen ulospäin hajoavuus saa aikaan hiilen suhteellisen rikastumisen uloskäyntivirtauksen keskustaan.

JP-julkaisussa A-60-86311 primaarisen käytävän poistokäytäväl-15 lä on säteettäin sisäänpäin suuntautuva hammastettu laippa, jota on kuvattu estämään hiilen radiaalista hajoamista poisto-käytävästä lähdön jälkeen. JP-julkaisu A-64-57004 esittää samaa piirrettä.

20 JP-julkaisu A-63-87508 esittää myös radiaalisesti sisäänpäin suuntautuvaa laippaa hiilikanavan poistokäytävässä seuraten hajoavaa siirtymistä suurempihalkaisijaiseen pääosaan.

JP-julkaisu A-l-256708 esittää samanlaisen poistokäytävän lai-25 pan hajoavuuden jälkeen. Koska hajoaminen antaa pienennetyn hiilisisällön virtauksen ulko-osaan, laippa vaikuttaa primäärisesti ilman virtaukseen.

NOx:ää vähentävä toiminta edellä kuvatun tekniikan tason mukaan 30 ajatellaan riittämättömäksi ympäristösäännöksiä varten, jotka tulevat ankarimmiksi päivä päivältä.

KEKSINNÖN YHTEENVETO

35 Keksinnön kohteena on kehittää korkean tehokkuuteen kykenevää matalapitoisen NOxsn poltinta.

Erityisesti yhtenä kohteena on tehdä mahdolliseksi sekä polt- 98658 5 tokammion pienempi kammio että matala NOx-pitoisuus.

Muu piirre, jonka keksintö tuo käyttöön, on polttokammion lyhentäminen käyttäen poltinta, jolla on parempi syttyvyys kuin 5 tekniikan tasossa.

Lisäksi keksinnöllä on mahdollista tuoda käyttöön poltin ja kattila, jotka voivat parantaa jauhetun hiilen syttyvyyttä polttimen poistokäytävässä estämättä NOx:ää vähentävän alueen 10 reaktioita niin, että niillä voi olla suurempi NOx:ää vähentävä vaikutus kuin olemassa olevissa polttimissa.

Yhtenä piirteenä keksintö koostuu jauhetun hiilen polttimesta, joka koostuu: 15 (a) hiilikanavasta jauhetulle hiilelle ja primaari-ilmalle, joka vie mukanaan hiilen, omaten ulostulosuuttimen yhdessä sen aksiaalipäässä, 20 (b) ainakin yhdestä sekundaari-ilmakanavasta sekundaari-ilmaa varten hiilen polttamiseksi, jossa kanavassa on ulostulosuutin hiilikanavan ulostulosuuttimen lähellä niin, että hiili ja primaari-ilma ja sedundaari-ilma sekoittuvat suuttimien ulkopuolella sekoitusvyöhykkeessä, jossa palaminen tapahtuu, 25 (c) hiilen jakamisväline hiilikanavassa ainakin yhden korkeam-pipitoisuuksisen hiilen ulkoalueen aikaansaamiseksi primaari-ilmassa hiilikanavan ulostulosuuttimen lähellä kanavassa ja ainakin yhden alempipitoisuuksisen hiilivyöhykkeen primaari- 30 ilmassa hiilikanavan akselia lähempänä kuin ulkovyöhyke, ja (d) hidastinväline hiilen virtauksen hidastamiseksi ulko-vyöhykkeellä suhteessa virtaukseen sisävyöhykkeellä ennen seko itusvyöhykettä .

Keksinnön teho on siinä, että hiilen korkeapitoisuuksinen hidastettu virtaus hiilikanavan ulkovyöhykkeellä sekoittuu nopeasti ja hyvin sekundaari-ilman kanssa poistokäytävässä hii- 35 98658 6 lisuuttimesta, antaen tulokseksi nopean hapen pitoisuuden vähenemisen hiilisuuttimen lähellä. Tämä rajoittaa ΝΟχιη muodostumista ja edistää lisäliekkivyöhykkeen muodostumista, jossa NOxsn vähentymistä tapahtuu. Lisäksi liekki voi olla lyhyt ja 5 hyvä syttyvyys ja liekin pysyvyys voidaan saavuttaa nopean sekoittumisen takia.

Edullisesti hiilen jakamisväline ja hidastinväline on järjestetty niin, että hiilikanavan poistosuuttimesta tulevalla hii-10 lellä ei ole olennaisesti mitään virtauskomponenttia ulospäin hiilikanavan akselista.

Edullisesti sekundaari-ilmakanava on sovitettu antamaan sekundaari-ilmalle pyörrevirtaus poltinakselin ympärillä sen pois-15 tosuuttimessa.

Jotta saadaan aikaan liekki stabiiliksi, joka parantaa sytty-vyyttä ja liekin pysyvyyttä, on täten havaittu olevan tärkeää edistää sekoitusta polttimen poistokäytävän lähellä jauhetun 20 hiilen primaarikantajailman kanssa ja jauhetun hiilen sekoi-tussuihkun ulkokehältä sisääntuodun sytytysilman ja kantajail-man välillä. Järjestelmässä sisältäen polttoilman suihkutta-misen pyörrevirtana jauhetun hiilen suihkun ja kantajailman suihkun ulkokehältä, toisaalta suuri kiertävä virta korkeassa 25 lämpötilassa on saatava liekkiin, niin että jauhettu hiili voi helposti mennä mukaan kiertävään virtaan. Siksi on tärkeää kerätä jauhettu hiili pyörrevirran lähellä vähentämällä jauhetun hiilen ja ilman sekoituksen suihkutusnopeutta niin, että säädetään sekoituspitoisuuden jakaumaa jauhetun hiilen suutti-30 messa.

Jos jauhetun hiilen ja ilman sekoituksen suihkutusnopeutta pienennetään, jauhettu hiili jauhetun hiilen suuttimen keskiosassa hajotetaan säteettäisesti ulospäin pyörrevirtauksen 35 polttoilmalla. Tuloksena suhde, jolla jauhettu hiili poltetaan atmosfäärissä, jossa on paljon polttoilmaa liekin ulkokehällä, nousee, kun taas NOx:ää vähentävällä alueella poltettavan jauhetun hiilen määrä on suhteellisesti vähentynyt niin, että 98658 7 NOx-pitoisuus polttokammion poistokäytävässä nousee.

Jauhetun hiilen ja ilman seoksen suihkutusnopeuden pienentämiseksi hiilikanavan poistokäytävä voi äkillisesti laajentua 5 kantajailmavirtauksen laajenemiseksi säteettäisesti ja hienojen hiukkasten sekoittumiseksi edelliseen. Tänä aikana suhteellisen suuren halkaisijan omaavat kiinteät hiukkaset estetään niiden hitaudella seuraamasta ilmavirtaa ja hajaantumasta kuten ilmavirta. Tuloksena alue, jossa on korkea kiinteiden 10 hiukkasten pitoisuus, aikaansaadaan jauhetun hiilen suuttimen sisäkehän läheisyyteen. Tämä on epätoivottavaa.

Tässä keksinnössä jauhettu hiili voidaan kerätä kiertävän virtauksen läheisyyteen, joka on aikaansaatu suuttimen ulkokehäl-15 le polttokammion sisäpuolelle. Ilman nopeus jauhetun hiilen suuttimen keskiosassa voidaan nostaa korkeampaan arvoon kuin edellä kuvatun menetelmän (i) arvo, so. menetelmä, joka säätää jauhetun hiilen dispersiota pyörteittämällä kantajailmaa, niin että NOx-pitoisuus voidaan pienentää vähentämättä NOx:ää vähen-20 tävään alueeseen syötettävän jauhetun hiilen määrää.

Keksinnössä hiilen jakamisväline koostuu edullisesti hiilika-navaa pitkin kulkevan virtauksen suunnassa poikkileikkaukseltaan asteettain pienevän hiilikanavan ydinosasta, niin että 25 virtausala kasvaa. Ilma hajoaa kanavan akselia kohti, mutta painavammat hiilihiukkaset pysyvät ulkovyöhykkeellä.

Tämä hiilikanavan poikkileikkaukseltaan asteettain pienenevään ydinosaan voidaan asettaa ainakin yksi pinta kulmassa, joka on 30 10 - 45 0 kanavan akselin suhteen. Sopivasti ydinosa on aksiaalisesta liikkuva niin, että säädetään asteettain pienevää poikkileikkausta hiilikanavan poistosuuttimen suhteen. Tämä saa aikaan hiilen jakautumisen ohjaamisen suuttimessa, esim. vastineeksi, jos muutetaan hiukkaskokojakautumaa tai kuormi-35 tusta.

Edullisesti asteettain poikkileikkaukseltaan vähenevän hiili-kanavan ylävirrassa ydinosalla on halkaisija, joka on 30 - 80 98658 8 % hiilikanavan virtausalan ulkohalkaisijasta.

Edullisesti hidastinväline koostuu hiilikanavan poistosuutti-meen sijoitetusta ainakin yhdestä ohjauslevystä, niin että 5 katkaistaan virtaus ulkovyöhykkeellä. Suuttiraen ympärille voi olla sijoitettu tietyin välein useita ohjauslevyjä.

Edullisesti ohjauslevy tai -levyt muotoillaan, niin että virtaukselle hiilikanavasta ei anneta olennaisesti yhtään pyörit) rettä sen akselin ympärillä.

Edullisesti ohjauslevy tai -levyt on sijoitettu asteettain poikkileikkaukseltaan pienenevästä ydinosasta etäisyydelle, joka on pienempi kuin hiilikanavan maksimileveys sen poisto-15 suuttimessa.

Jos ohjauslevy on sijoitettu noin suoraan kulmaan seoksen virtauksen suhteen, törmänneillä hiukkasilla on pienentynyt virtausnopeus ja osoittaa nopeutta jauhetun hiilen suuttimen kes-20 kustaa kohti ja suorassa kulmassa seoksen suihkutussuunnan suhteen. Tuloksena kuumat hiukkaset ja palamiskaasut jauhetun hiilen suuttimen ulkokehälle muodostuneella suihkutusvyöhyk-keellä sekoittuvat jauhetun hiilen suuttimesta suihkutetun jauhetun hiilen suihkun keskiosan kanssa, niin että jauhetun 25 hiilen suuttimen keskiosassa olevan jauhetun hiilen syttymis-herkkyys on parantunut. Erityisesti pidetään parempana, kuten on nähty aksiaalisessa poikkileikkauksessa, että hiilikanavaan koskettavat ohjauslevypinnat ovat kulmassa, joka on 90 - 120 °, hiilikanavan akselin ja virtauksen aksiaalisen suunnan suh-30 teen. Täten ohjauslevy voi olla suorakulmainen virtauksen suhteen tai vähän vino akselin suhteen, niin että käännetään hiiltä sisäänpäin.

Yhdessä erityisessä piirteessä keksintö koostuu jauhetun hii-35 Ien polttimesta, joka koostuu: (a) rengasmaisesta hiilikanavasta jauhetun hiilen ja hiiltä sisältävän primaari-ilman virtausta varten, hiilikanavan si- 98658 9 sältäessä poistosuuttimen ja ulkoisen rajoittavan seinän ja sisemmän rajoittavan seinän rajoittaen rengasmaisen virtaus-kanavan virtaukselle, ja 5 (b) hiilikanavaa ympäröivästä ja hiilikanavan poistosuuttimen ympärillä olevan poistosuuttimen sisältämästä rengasmaisesta sekundaari-ilmakanavasta, jossa (c) hiilikanavan poistosuuttimen lähellä olevan sisemmän ra-10 joittavan seinän osalla on katkaistun kartion muoto, jonka halkaisija pienenee virtauksen suunnassa hiilikanavaa pitkin, ja (d) ainakin yksi ohjauslevy ulkonee sisäänpäin ulkoisesta 15 rajoittavasta seinästä hiilikanavan poistosuuttimessa säteet-täisellä etäisyydellä, joka ei ole enempää kuin 20 % ulkoisen rajoittavan seinän halkaisijasta poistosuuttimessa.

Lisäksi tässä keksinnössä polttoilma koostuu edullisesti se-20 kundaarisesta sytytysilmasta ja tertiaari-ilmasta täydellistä palaamista varten. Tämä on, koska ylimääräpolttoaineen pala-misvyöhyke on muodostettu liekin keskiosaan, jotta edistetään NOx:n vähenemistä sekundaari-ilman ja seoksen avulla. Ylimäärä-polttoaineen alueen muodostumisen helpottamiseksi lisäksi on 25 tehokasta vaimentaa sekundaari- ja tertiaari-ilman virtauksien välistä sekoittumista polttimen poistokäytävässä. Tässä keksinnössä väli tämän sekoittumisen vaimentamiseksi voidaan sijoittaa sekundaari- ja tertiaari-ilman käytävien väliin. Tämä väli ei voi ainoastaan vaimentaa tertiaari-ilman säteettäistä 30 sekoittumista, mutta myös vetää puoleensa kuumia palamiskaasu-ja polttoainesuuttimen läheisyyteen tertiaari-ilman pyörrevoi-malla ennen kuin palamiskaasut virtaavat polttimeen, niin että jauhetun hiilen syttyvyyttä on edelleen parannettu.

35 Parantaakseen sekoittumista hiilen kanssa sekundaari-ilmakanavan poistosuuttimella on edullisesti polttimen akselia lähempänä olevalla puolella ohjauslevy sovitettuna antamaan sekundaari-ilmalle virtauksen ulospäin olevan komponentin akselin 98658 10 suhteen.

Jauhetun hiilen suutin suihkuttaa suhteellisen pieniä jauhetun hiilen hiukkasia sen keskiosasta ja suhteellisen suuria jauhe-5 tun hiilen hiukkasia sen ulkokehältä. Näiden tunnusmerkkien ansiosta, jauhettuun hiileen syötettävän jauhetun hiilen hiukka s koko jakautuman ansiosta, poltin voidaan laskea mittaamalla jauhetun hiilen hiukkasten koot jauhetun hiilen suuttimen poistokäytävän keskiosassa ja ulkokehällä.

10

Signaalia, joka osoittaa polttimeen syötetyn jauhetun hiilen halkaisijajakautuman, voidaan käyttää säätämään palamista. Jos tämän signaalin aikamuutosta käytetään, esimerkiksi hiukkas-halkaisijajakautumaa hiilen jauhimen poistokäytävässä, jossa 15 syötettävän hiilen määrä vaihtelee kuorman muutoksen mukaan kattilan jälkeen, voidaan säätää vakio- tai toivottuun arvoon.

Kun jauhettu hiili on jaettava yhdestä ainoasta jauhimesta useaan polttimeen, yksittäisiin polttimiin syötettävän jauhetun hiilen raejakautuma voidaan laskea säätäen suhdetta raeja-20 kautumassa polttimien joukossa vakio- tai toivottuun tilaan.

Keksintö tuo myös käyttöön kattilan veden kuumentamiseksi jauhettua hiiltä polttamalla, jossa kattilassa on polttokammio jauhetun hiilen polttamiseksi ilmassa ja välineen veden kuu-25 mentamiseksi jauhetun hiilen palamisen tuloksena, polttokam-mion sisältäessä ainakin yhden edellä kuvatun keksinnön mukaisen polttimen.

Koska tämän keksinnön jauhetun hiilen polttimellä on erinomai-30 nen syttymisherkkyys ja liekin pysyvyys, se voi aikaansaada stabiilin liekin myös alhaisessa kuormituksessa pienennetyllä jauhetun hiilen syötöllä, niin että tällaisia polttimia käyttävä kattila voi seurata hyvin kuormituksen muutoksia.

35 Muuna piirteenä keksintö tuo käyttöön menetelmän jauhetun hiilen polttamiseksi polttokammiossa polttimen avulla, jolla on virtauskanava jauhetulle hiilelle ja hiiltä sisältävälle primaari-ilmalle, ensimmäinen poistosuutin polttokammioon vir- 98658 11 tauskanavan päässä ja ainakin toinen poistosuutin kauempana hiilikanavan akselista kuin ensimmäinen suutin sekundaarisen polttoilman virtausta varten ensimmäisen suuttimen lähellä olevaan kammioon menetelmän käsittäessä: 5 (a) aikaansaadaan virtauksen erottaminen hiilen virtaus-kanavassa ainakin yhteen ulkovyöhykkeeseen, jossa on suhteellisen korkeahko pitoisuus hiiltä primaari-ilmassa, ja ainakin yhteen sisempään vyöhykkeeseen, jossa on suhteellisen alhainen 10 pitoisuus hiiltä primaari-ilmassa, sisemmän vyöhykkeen ollessa lähempänä hiilikanavan akselia kuin ulkovyöhyke, (b) hidastetaan hiilen virtausnopeutta ulkovyöhykkeessä sisä-vyöhykkeen nopeuden suhteen ennen hiilen sekoittamista sekun- 15 daari-ilmaan, (c) aikaansaadaan ensimmäinen liekkivyöhyke suuttimien viereen ja toinen liekkivyöhyke kauemmaksi suuttimista kuin ensimmäinen palamisvyöhyke, hapen pitoisuuden toisessa liekkivyöhyk- 20 keessä ollessa alempi kuin ensimmäisessä liekkivyöhykkeessä ja ollessa riittävän alhainen toisessa liekkivyöhykkeessä, että typen oksidien väheneminen tapahtuu.

Lisäksi menetelmä sisältää edullisesti tertiaarisen polttoil-25 man virtauksen tuomisen käyttöön ainakin polttimen joka kolmannesta polttimesta ainakin toisen liekkivyöhykkeen ulkopuolelle.

PIIRUSTUSTEN LYHYT KUVAUS

?0

Keksinnön toteutusmuodot kuvataan nyt ei-rajoittavalla esimerkillä viittaamalla liitettyihin piirustuksiin, joissa:

Kuva 1 on piirros esittäen tämän keksinnön mukaisen jauhetun 35 hiilen kattilajärjestelmän yleistä rakennetta; kuva 2 on aksiaalinen poikkileikkaus tämän keksinnön toteutus-muodon mukaisen jauhetun hiilen polttimesta; 98658 12 kuva 3 on kuvan 2 polttimen päätykuva polttokammion sisäpuolelta; 5 kuva 4 on osittainen poikkileikkaus osittain poisleikattu perspektiivikuva kuvan 2 polttimen päästä; kuvat 5(a) ja 5(b) ovat piirustuksia kuvaten kaasukoostumusjakautumia virtaussuunnassa palamisen aikana käyttäen keksinnön 10 muun toteutusmuodon mukaista jauhetun hiilen poltinta; kuva 6 on aksiaalinen poikkileikkaus esittäen vielä muun toteutusmuodon mukaisen jauhetun hiilen polttimen muunnettua osaa; 15 kuva 7 on poikkileikkaus esittäen neljännen toteutusmuodon mukaista jauhetun hiilen muunneltua osaa; kuva 8 on poikkileikkaus esittäen viidennen toteutusmuodon 20 mukaista jauhetun hiilen poltinta; kuva 9 on kaavio esittäen järjestelmää hiilihiukkashalkaisija-jakautuman mittaamiseksi ja säätämiseksi keksinnön polttimes-sa; 25 kuva 10 on kaavio esittäen järjestelmää hiilihiukkashalkaisi-jajakautuman mittaamiseksi ja ohjaamiseksi useaan polttimeen; ja 30 kuva 11 on kaavio esittäen järjestelmää, jossa keksinnön poltinta sovelletaan pyörivään polttouuniin sementin tuottamiseksi.

EDULLISTEN TOTEUTUSMUOTOJEN KUVAUS 35

Jauhetun hiilen kattilajärjestelmän rakennetta kuvataan viittaamalla kuvaan 1.

98658 13 Tämän toteutusmuodon mukaisen jauhetun hiilen kattila 42 esitetään esimerkkinä etupuolisen tyyppisestä kattilasta, jolla poltinasetelma, joka soveltuu kaksi vaiheeseen polttamiseen ja palamisen jälkeisiin ilman syöttökanaviin 58 (, joita kutsu-5 taan jälki-ilmakäytäviksi). Polttimet 43 ja 43' on aseteltu kolmeen vaiheeseen polttokammion 42 pitkittäissuuntaan ja viiteen riviin polttokammion 42 poikittaissuuntaan (tätä pokit-taissuuntaa ei ole esitetty kuvassa 1). Polttimien lukumäärä ja asetelma määritetään yhden polttimen kapasiteetista riip-10 puen (so. jauhetun hiilen maksimi palamisnopeudesta) ja kattilan kapasiteetista ja rakenteesta. Tyypillisesti suuressa kattilassa voi olla niin monta kuin 60 poltinta.

Tämän keksinnön yksittäiset polttimet on upotettu ikkunalaa-15 tikkoon 44 ja ne on niin rakennettu, että jauhettu hiili kuljetetaan ilmavirrassa hiilijauhimesta (ei näytetty) ja syötetään sisään polttimiin jakajien 49 ja 50 kautta. Polttoilma 51 kuumennetaan lämmönsiirtimessa 52 ja sen virtausnopeutta säädetään noin 300 °C kuumennetulla ilmalla säätöpeltien 47 ja 47' 20 kautta puhaltimelle 46. Tämän jälkeen säädetty ilmavirta syötetään ikkunalaatikkoon 44, niin että se voidaan suihkuttaa yksittäisten polttimien kautta polttokammioon 36. Sekundaarinen polttoilma 54 (so. jälki-ilma) kuumennetaan lämmönsiirti-mellä 53 ja sen virtausnopeus säädetään kuumennetulla ilmalla 25 lähes samaksi kuin primaari-ilman säätöpeltien 56 ja 57 kautta puhaltimen 55 avulla. Tämän jälkeen säädetty ilmavirta syötetään jälki-ilmakanaviin 58, niin että se voidaan suihkuttaa suuttimien 59 ja 59' kautta polttokammioon 36.

30 Jauhetun hiilen polttimen 42 alavirrassa on peräkkäisessä järjestyksessä kaasuvirran suunnassa lämmönsiirrin 53, denitraus-laite 61, sähkösuodin 60 ja rikinpoistolaite 62. Palamiskaasut poistetaan piipun 63 kautta ilmakehään.

35 Yksittäisistä polttimista syötettävä polttoilma on 80-90 % stökiömetristä ilmaa hiiltä varten ja jälki-ilma on 30-40 % stökiömetristä ilmaa hiiltä varten, niin että kokonaisilma on asetettu niin, että siinä on noin 20 %:n ylimäärä. Polttimen - 98658 14 polttovyöhyke muodostaa ilmapulan polttoliekit, mutta poltti-men polttovyöhykkeen palamattoman sisällön palaminen tehdään täydelliseksi jälki-ilmalla.

5 Tämän keksinnön jauhetun hiilen polttimilla on erinomainen syttymisherkkyys ja liekin pysymisominaisuudet, niin että jauhetun hiilen kattilan polttimilla muodostetut liekit voidaan huomattavasti lyhentää.

10 Kuvat 2-4 esittävät tämän keksinnön mukaisen jauhetun hiilen polttimen yhtä toteutusmuotoa. Poltin on rakennettu: primaari-ilman käytävästä (hiilikanavasta) 30 päättyen poistosuuttimeen jauhetun hiilen ja polttokammioon 36 jauhetun hiilen kuljettavan primaari-ilman suihkuttamiseksi; primaari-ilmakäytävän 30 15 ympärille muodostetusta ja sekundaari-ilman suihkuttamiseen tarkoitettuun poistosuuttimeen päättyvästä rengasmaisesta sekundaari-ilman käytävästä 31; ja sekundaari-ilmakäytävän 31 ympärille muodostetusta ja poistosuuttimeen päättyvästä rengasmaisesta tertiaari-ilmakäytävästä 33.

20

Primaari-ilmakäytävän 30 sisäpuolelle on järjestetty neste-polttoaineen suutin 5, jota käytetään polttokammion 36 esikuu-mentamiseen suihkuttamalla nestepolttoainetta kuten raskasta polttoöljyä, esikuumennusvaiheeseen. Nestemäisen polttoaineen 25 suuttimen 5 ja primaari-ilmakäytävän 30 väliin on asetettu sumutus/dispersiosäädin 34, joka on rengasmainen ja määrittää primaari-ilmakäytävän 30 sisemmän kehäseinän halkaisijan. Tämä sumutus/dispersiosäädin 34 on muodostettu sylinterimäisestä putkiosasta 10 nestemäisen polttoainesuuttimen 5 pitämiseksi 30 siinä, polttokammiota kohti hajaantuvasta kartiosta 9, sylinterimäisestä putkiosasta 6, jolla on sama halkaisija kuin kartion 9 maksimihalkaisija, polttokammiota kohti suippenevasta kartiosta 7 ja sylinterimäisestä suoristinputkesta 8, jonka halkaisija on sama kuin kartion 7 minimihalkaisija. Kaikki 35 nämä komponentit liitetään luetellussa järjestyksessä poltto-kammiota kohti. Osan 6 halkaisija on 30-80 % putken 1 halkaisijasta.

98658 15

Primaari-ilmakäytävä 30 muotoillaan täten rengasmaiseksi vir-tauskäytäväksi sylinterimäisellä primaari-ilman syöttöputkella 1 ja edellä mainitulla sumutus/dispersiosäätimellä 34 ja on sen ylävirran puolella liitetty jauhetun hiilen syöttöputkeen 5 26 jauhetun hiilen kuljettamiseksi ilmavirrassa jauhetun hiilen syöttöjärjestelmästä (ei esitetty). Tämä liitos jauhetun hiilen syöttöputken 26 ja primaari-ilmasyöttöputken 1 välillä on tehty noin 90 asteen kulmaan tasaisen kulmalevyn 25 avulla.

Tämä kulmalevy 25 pitää edellä mainitun nestemäisen polttoai-10 neen suutinta 5 ja sumutus/dispersiosäädintä 34 primaari-ilman syöttöputken 26 keskellä. Lisäksi primaari-ilmasyöttöputkella 1 on levyn 25 läheisyydessä suppiloputki 11 virtauksen pehmentämiseksi primaari-ilmasyöttöputkessa 1 niin, että hiilen dispersio-ominaisuudet homogenisoidaan primaari-ilmakäytävässä 15 30.

Sekundaari-ilmakäytävä 31 on rengasmainen virtauskäytävä, jonka sisäpuolista kehäseinää rajoittaa primaari-ilman syöttöput-ki 1 ja sen ulkopuolista kehäseinää rajoittaa sekundaari-ilma-20 putki 2, joka on järjestetty samankeskisesti primaari-ilman syöttöputken 1 ympäri. Sekundaari-ilmakäytävän 31 ylävirran puolella se on yhteydessä ikkunalaatikkoon 35, joka on liitetty ilman syöttölaitteisiin sekundaari- ja tertiääri-ilman virtauksien syöttämiseksi ja sen alavirran puolen ollessa yhtey-25 dessä polttokammioon 36.

Sekundaari-ilmakäytävä 31 on varustettu sekundaarivastuksella 38, sekundaarisiipirakenteella 15 ja liekin pitimellä 37. Se-kundaarivastus 38 on koottu siipisivulevystä 17, joka on lii-30 tetty sekundaari-ilmakäytävän 2 ylävirran päätypintaan ja jolla on rengasmainen tasainen muoto, rengasmaisen tasaisen muodon omaavasta siipisivulevystä 16, joka on sijoitettu yhdensuuntaisesti siipisivulevyn 17 suhteen, ja jonka toinen pää on liitetty primaari-ilmakäytävään 1, ja siivistä 18, jotka on 35 sijoitettu siipisivulevyjen 16 ja 17 väliin. Siivet 18 on muodostettu useista tasaisista levyistä, jotka on tuettu siipisi-vulevyihin 16 ja 17 yhtenäiseksi niiden kanssa tehtyjen tuki-tappien avulla. Siipien 18 tehtävä on näin säätää painehäviötä 98658 16 muuttamalla tasaisten levyjen kulmaa säätöyksiköllä (ei esitetty) tällä tavalla tuomalla sisään ennalta määrätty määrä ilmaa sekundaariseen käytävään 31.

5 Sekundaarinen siipirakenne 15 on muodostettu pyörresiivistä, jotka on muodostettu yhtenäisesti useiden tukiakselien suhteen, joiden kaksi päätä on tuettu primaari-ilmasyöttöputken 1 ja sekundaari-ilmasyöttöputken 2 avulla. Täten kootun sekun-daarisiipirakenteen 15 pyörresiipien kulmaa voidaan muuttaa 10 ilman virtauksen suhteen säätöyksikön avulla (jota ei esitetty) tällä tavalla säätäen sekundaari-ilmavirran pyörreintensiteettiä.

Polttokammion puolella sijaitsevan sekundaari-ilmasyöttöputken 15 2 päätypintaan kiinnitetty liekin pidin 37 saa aikaan nopeuden poltinta kohti liekin pitimen 37 alueella kammion puolella (so. virtauksen suunnanvaihto käytävän 30 ulkopuolella). Liekin pitimen 37 muoto voi olla mikä tahansa, joka tyydyttää edelläkuvattua tehtävää, mutta voi edullisesti muodostua (ku-20 ten tässä toteutusmuodossa): virtakäytävän 31 sisemmän kehä-seinän laajenevasta osasta sekundaari-ilmakäytävän 31 poiston ylävirran puolella, primaarisesta akselin kaulasta 13, jonka ulompi kehä laajenee polttokammiota kohti; ja useista levyn-muotoisista ohjauslevyistä 12, joiden tehtävä on saada aikaan 25 primaari-ilman osan törmääminen primaari-ilmakäytävän 1 suun reunaan. Tämä aikaansaa primaarisen ilmavirran ulomman vyöhykkeen hidastumisen, kuten kuvataan jäljempänä.

Kuvat 3 ja 4 esittävät, että ohjauslevyt 12, joita on tässä 30 tapauksessa kahdeksan suorakulmaista, on sijoitettu tasaisin välein ilmakäytävän 30 kehän ympäri, jolloin niiden välissä on väliseinät. Edullisesti levyjen 12 lukumäärä on 6 - 16. Kunkin levyn 12 korkeus, so. säteettäinen ulottuvuus käytävään 30, on edullisesti pienempi kuin 20 % käytävän 30 kokohalkaisijasta 35 sen poistopäässä, edullisesti 0,01 - 0,15 kertaa tämä halkaisija. Tässä tapauksessa levyn 12 korkeus on 10 % käytävän 30 halkaisijasta. Kunkin levyn 12 kehäpituus on edullisesti 0,2 -5 kertaa sen korkeus ollen tässä toteutusmuodossa noin kaksi 98658 17 kertaa sen korkeus. Ohjauslevyt 12 ovat 90 asteen kulmassa käytävän 30 akselin suhteen, mutta voivat olla kaltevia ulospäin (polttokammiota kohti) säteettäisesti ulkosivuista edullisesti aina 30 asteeseen kuvassa esitetyn suunnan suhteen, 5 so. 90 - 120 asteen kulmassa käytävän 30 virtauksen aksiaali-suunnan suhteen.

Tertiaari-ilmakäytävä 33 on muotoiltu rengasmaisen käytäväosan muotoon, jonka sisempää kehäseinää rajoittaa tertiaari-ilman 10 syöttöputki 3, joka on sijoitettu samankeskisestä sekundaari-ilman syöttöputken 2 suhteen, ja sen ulompaa kehäseinämää rajoittaa ulompi putki 4, joka on sijoitettu samankeskisestä tertiaari-ilman syöttöputken 3 ympäri. Täten rakennetulla ter-tiaari-ilmakäytävällä 33 on ylävirran puoleinen pää, joka on 15 yhteydessä ikkunalaatikkoon 35, ja sen alavirran pää, joka on yhteydessä polttokammioon 36. Tertiaari-ilmakäytävän 33 ylävirran puolelle on sijoitettu tertiaarivastus 30, jonka rakenne on samanlainen kuin sekundaarivastuksen 38 niin, että se on muodostettu kahdesta tertiaarisiipisivulevyjen 19 ja 20 ker-20 roksesta ja tertiaarisiivistä 21. Tertiaarivastus toimii niin, että se asettaa ilman pyörreintensiteetin ja virtausnopeuden säätöyksikön avulla (ei esitetty).

Sekundaari-ilmavirran käytävän 31 ja tertiaari-ilmavirran käy-25 tävän 33 väliin on sijoitettu väliseinä tai väli 32, joka on sijoitettu asettamaan kaksi ilmakäytävää säteettäisin välein toisistaan. Väliseinä 32 on muotoiltu poistamaan tertiaari-ilman ja sekundaari-ilman sekoittumista. Väliseinän 32 leveys on riittävä lisäpolttoainevyöhykkeen muodostamiseksi ja on 30 muotoiltu minimoimaan vahinkoa liekin säteilystä johtuvan vahingon takia. Ensimmäisen toteutusmuodon väliseinä 32 vastaa sekundaarista akselin kaulusta 14, jonka ulkohalkaisija suurenee polttokammiota kohti ja sen kammiopuolen pää on liitetty tertiaari-ilman syöttöputkeen 3 ja sen toinen pää on liitetty 35 sekundaari-ilman syöttöputkeen 2.

Tähän asti kuvatun mukaiset piirteet sisältävä poltin on upotettu ikkunalaatikkoon 35, jota rajoittaa säiliön sisäseinä 23 98658 18 ja ikkunalaatikon sivulevy 24 ja sen kammion puoleinen aukko on liitetty tertiaariseen akselin kaulukseen 22, joka on muodostettu kammion sisäseinään.

5 Jauhettu hiili kulkee tavallisesti noin 30 m/s:n nopeudella sumutus/dispersiosäätimen 34 läpi, niin että osaan, johon se törmää, kuluu ja muuttaa muotoaan nostaen esiin ongelman luotettavuudesta pitkässä ajossa. Tämän ongelman välttämiseksi kartion 9 ja sumutus/dispersiosäätimen 34 ja primaari-ilmakäy-10 tävän 1 sisemmät kehäseinät vuorataan keraamikerroksilla ab-raasiota kestämään.

Seuraavaksi tämän toteutusmuodon toiminta kuvataan. Tämän keksinnön sumutus/dispersiosäätimen 34 muoto kiihdyttää jauhetun 15 hiilen primaari-ilman virtauskäytävässä 30, niin että se kulkee korkealla nopeudella putkiosalla 6 sidotun pienen poikki-leikkausalueen sisältävän rengasmaisen käytävän läpi, niin että estetään liekin pääsy primaari-ilmakäytävään. Sumutus/dispersio säätimen 34 suippenevassa osassa 7 (so. poikkileik-20 kaukseltaan asteettain pienenevässä osassa) polttokammion puolella jauhettua hiiltä kantava primaari-ilmasuihku laajenee säteettäisesti sisäänpäin, niin että sen suihkutusnopeus puto aa. Hienot hiukkaset voidaan kuljettaa sisäpuolella, mutta suhteellisen suuren halkaisijan omaavat jauhetun hiilen hiuk-25 kaset ovat vastahakoisia seuraamaan ilmavirtaa hidastuvuuden takia, niin että ne eivät leviä niin leveälle kuin ilmavirtaa. Tuloksena muodostuu alue tai vyöhyke, jossa on korkeampi jauhetun hiilen pitoisuus lähellä primaari-ilmakäytävän 30 ulkokehää ja vyöhyke tai alue, jossa on alempi jauhetun hiilen 30 pitoisuus lähellä priamaari-ilmakäytävän 30 sisäkehää. Poikkileikkaukseltaan pienenevän osan 7 edullinen kartiokulma on alueella 10 - 45 °.

Suoristinputki 8, joka sijaitsee lähimpänä polttokammiota, 35 vaimentaa kartiolla 7 aikaansaadun polttimen säteen suuntaisen ilman nopeuden, niin että nopeus polttimen aksiaalisuunnassa voidaan pääasiassa esittää niin, että se vähentää yhteentörmäystä nestemäisellä polttoainesuuttimella 5 sumutetun neste- 98658 19 maisen polttoaineen ja primaari-ilman välillä ja tällä tavalla estäen nestemäisen polttoaineen liekin syttymättä jäämisen, kun polttokammio on esikuumennettu.

5 Liekin pitimen 37 ohjauslevyihin 12 osuu edellä kuvatun korkeamman jauhetun hiilipitoisuuden suihku. Jauhetun hiilen hiukkasten osuessa ohjauslevyihin 12 niiden nopeudet ovat pienentyneet mutta ovat jääneet suuntaan, joka on kohtisuorassa seoksen suihkutuksen suunnan suhteen, niin että ne ovat sopi-10 vasti tulossa suihkutusalueelle, joka on muodostettu liekinpi-timen 37 polttokammion sivulle. Hiilellä ei ole olennaisesti yhtään säteettäisesti ulospäin suuntautuvaa virtauskomponent-tia. Ohjauslevyt 12 eivät myöskään anna mitään yleistä pyörteistä liikettä hiilelle.

15

Primaarikavennus 13 toimii niin, että se stabilisoi kaasuvir-ran aikaansaamista liekinpitimen 37 kammion puolella poltinta kohti.

20 Sekundaari-ilmakäytävästä 31 syötetty sekundaari-ilma suihkutetaan pyörteisesti sekundaarisrivistä 15 säätääkseen sekä jauhetun hiilisuihkun hajoamista, joka on tiivistynyt primaari- ilmakäytävän 30 suuhun, säteen suunnassa että ilman ja jauhetun hiilen välistä suhdetta lisäpolttoaineen polttovyöhyk-25 keessä liekin keskellä. Sekundaari-ilmavirtauksen nopeutta säädetään polttimeen kaadetun jauhetun hiilen virtausnopeuden mukaan, kiinteän hiilen ja jauhetun hiilen volatilisuuskompo-nentin (kuten yleisesti kutsutaan "fuel ratio" "polttosuhde", jonka korkealla arvolla kiinteän hiilen suhde kasvaa enemmän) 30 mukaan ja jauhetun hiilen hiukkaskokojakautuman mukaan. Toisin sanoen sekundaari-ilman virtausnopeutta pienennetään, kun muistetaan pyörteisen virtauksen intensiteetti, jauhetun virtausnopeuden pienennyksen, polttosuhteen lisääntymisen, ja suurempien rakeiden suhteellisen suhteen lisääntymisen kanssa.

35

Tertiaari-ilmakäytävästä 33 syötetty tertiaari-ilma suihkutetaan pyörteisenä virtauksena tertiaarivastuksesta 39 poltto-kammioon. Koska tertiaari-ilman pyörteisellä virtauksella on 98658 20 alempi paine keskiosassa poltinta lähellä kuin polttokammios-sa, se imee liekin avulla korkeassa lämpötilassa tuotetut pa-lamiskaasut takaisin polttimen lähietäisyydelle tällä tavoin parantaen jauhetun hiilen syttyvyyttä. Lisäksi tertiaari-ilman 5 pyörteinen virtaus tukahduttaa tertiaari-ilman ja jauhetun hiilen suihkun välisen sekoittumisen polttimen lähellä tällä tavoin muodostaen edellä mainitun lisäpolttoaineen polttovyö-hykkeen stabiiliksi. Väliseinä 32 lisää tertiaari-ilman ja jauhetun hiilisuihkun välistä etäisyyttä niin, että se tukah-10 duttaa tertiaari-ilman säteettäisen sekoittumisen polttimen läheisyydessä tällä tavalla stabiloiden lisäpolttoaineen polt-toalueen.

Seuraavaksi kuvataan toteutusmuodon vaikutukset.

15

Sumutus/dispersiosäätimellä 34 primaari-ilmakäytävän 30 ulkokehän lähelle aikaansaatu vyöhyke, jossa on korkeampi pitoisuus jauhettua hiiltä, lisää lämpöarvoa tilavuusvirtausta kohti liekin pitimen lähellä parantaen syttyvyyttä, niin että se 20 tehokkaasti nostaa liekin lämpötilaa lisäpolttoaineen alueen ympärillä.

Primaari-ilmakäytävän 30 sisäkehän lähelle aikaansaatu vyöhyke, jossa on alempi pitoisuus hiukkasia, kuumennetaan kuumalla 25 liekillä lähellä ulkokehää niin, että edistetään pyrolyysia lisäpolttoaineen alueella. Tuloksena syaanivedyn, ammoniakin jne päästö happipitoisuudeltaan matalaan kuumaan atmosfääriin kasvaa edistäen palamisen alkuvaiheessa tuotetun NOx:n vähenemistä, niin että polttokammion poistokäytävässä poistetun NOx:n 30 pitoisuus laskee.

Yleisesti liekin keskiosan kautta kulkevalla jauhetulla hiilellä on hidastettu sen sekoittumista tertiaari-ilmaan, niin että sen hapettuminen on sen mukaisesti hidastunut. Tuloksena 35 palamattomana poistetun polttoaineen määrä polttokammion pois-tokäytävästä on altis lisääntymään. Kuitenkin primaari-ilmakäytävän 30 sisäkehän lähellä jauhetun hiilen virtausnopeus tilavuusyksikköä kohti vähenee ja vain hienot hiukkaset, joil- 98658 21 la on mahdollista seurata ilmavirtausta äkkiä laajenevan osan läpi, syötetään, kuten on kuvattu tämän keksinnön mukaan. Tuloksena hiukkasten reaktiivisuus liekin keskiosassa paranee niin, että vältetään palamattoman polttoaineen lisääntyminen 5 polttokammion poistokäytävässä.

Suoristinputki 8 vaimentaa kartion 7 toiminnasta johtuen ilman nopeutta polttimen radiaalisuunnassa, niin että nopeus poltti-men aksiaalisuunnassa voi olla pääasiassa esitetty vähentämään 10 häiriötä nestemäisen polttoaineen suuttimella 5 hajotetun nestemäisen polttoaineen ja primaari-ilman välillä. Tuloksena saavutetaan vaikutus, jolla nestemäisen polttoaineen liekki estetään syttymättä jääminen, kun polttokammio on esikuumen-nettu.

15

Liekinpitimen 37 ohjauslevyt estävät virtausvyöhykettä, jossa on korkeampi pitoisuus jauhettua hiiltä, vähentämään niiden jauhetun hiilen hiukkasten virtausnopeutta, jotka osuvat ohjaus levyihin 12 ja saavat aikaan virtausnopeuden suorassa kul-20 massa seoksen suihkuttamissuunnan suhteen tällä tavoin syöttäen jauhetun hiilen hiukkasia kierrätysvirtaukseen, joka on aikaansaatu liekinpitimen 37 polttokammion puolella. Siinä syntyy myös muu vaikutus, joka parantaa liekinpitimen lähialueen syttyvyyttä.

25

Primaarikavennus 13 aikaansaa stabiilisti kierrätysvirtauksen liekinpitimen 37 polttokammion puolella, niin että lisäksi liekinpitimen 37 lähialueen syttyvyys paranee.

30 Sekundaari-ilmakäytävästä 31 syötetty sekundaari-ilma säätää sekä primaari-ilmakäytävän 30 suuhun tiivistyneen jauhetun hiilen suihkun säteettäisen dispersion että liekin keskiosassa sijaitsevan lisäpolttoaineen polttoalueen ilman ja jauhetun hiilen välistä suhdetta. Täten syntyy optimiolosuhteet hapet-35 tumista varten hapen ja jauhetun hiilen hiukkasten vesihöyryn avulla ja NOx:n pelkistymistä varten.

Tertiaari-ilman pyörteinen virtaus vähentää painetta keski- . 98658 22 osassa polttimen lähellä alemmalle tasolle kuin polttokammios-sa poistaen liekin polttimen läheialueella tuotettuja kuumia palamiskaasuja. Täten syntyy vaikutus siitä, että jauhetun hiilen syttyvyys on parantunut. Lisäksi tertiaari-ilman pyör-5 teinen virtaus tukahduttaa polttimen lähialueella olevan ter-tiaari-ilman ja jauhetun hiilisuihkun välistä sekoittumista, niin että lisäpolttoaineen polttoalue aikaansaadaan stabiilista liekkiin.

10 Väliseinä 32 vähentää ikkunalaatikon 35 sisäpuolen ja poltto-kammion 36 välisten staattisten paineiden eroa, joka on tarpeen edellä mainitun vaikutuksen omaavan tertiaari-ilman suih-kuttamiseksi, noin puoleen saavuttaen vaikutuksen, että laitteisiin polttoilman syöttämiseksi tarvittava teho on vähenty-15 nyt.

Kuvat 5(a) ja 5(b) piirtävät kaasukoostumuksien jakaumat polttimen keskiakselilla polttokammiossa polton aikana käyttäen tämän toteutusmuodon poltinta. Kuva 5(a) kuvaa NOx-pitoisuutta 20 ja jauhetun hiilen polttosuhdetta ja alempi piirros kuvaa hapen, hiilidioksidin, hiilimonoksidin ja vedyn pitoisuuksia. Toteutusmuodon poltin kohdistettiin palamiselle seuraavissa oloissa: jauhettu hiili poltettiin nopeudella 500 kg/h; polt-timeen syötettiin ilmaa määrä, joka oli noin 0,8 kertaa stö-25 kiömetrinen määrä, joka oli tarpeen polttoaineen polttamiseksi; ja ilma (kutsutaan "after air" " jälki-ilma") lisättiin, niin että polttokammion poistokäytävässä oli noin 2 %:n happipitoisuus kammion viipymäajan asetuksen ollessa noin 0,4 s polttimesta.

30

Polttimen ajo-olot olivat sellaiset, että jauhetun hiilen ja ilman painovirtaussuhde yksikköaikaa kohti oli noin 0,5, ja että primaari-, sekundaari- ja tertiääri-ilmavirtojen suhteet olivat suhteessa n. 2:1:4. Primaari-ilmalla oli noin 20 m/s:n 35 suihkutusnopeus esikuumennetussa noin 80 °C:n lämpötilassa.

Sekundaari- ja tertiaari-ilmavirtojen esikuumennettu lämpötila oli noin 300 °C ja sekundaari-ilmavirran suihkutusnopeus noin 26 m/s, kun taas tertiaari-ilman suihkutusnopeus on noin 50 98658 23 m/s.

Jauhetun hiilen näytteen hiukkashalkaisijajakautuma oli 80 -84 paino-% 74 m tai vähemmän, polttosuhde noin 2,1, poltto-5 aineen typpikomponentin paino oli noin 1 % ja tuhkapitoisuus n. 8 paino-%.

Ottaen huomioon noin 1 %:n happipitoisuuden ja noin 55 %:n polttoasteen 1 m:n päässä polttimesta, havaittiin, että jauhe-10 tun hiilen syttyvyys poltinta lähellä oli erinomainen. Ottaen huomioon noin 8 %:n hiilimonoksidipitoisuuden ja noin 3 %:n vetypitoisuuden havaittiin, että lisäpolttoaineen polttoalue saadaan aikaan nopeasti. Toisaalta NOx-pitoisuus, joka oli niinkin korkea kuin noin 1000 ppm polton alkuvaiheessa väheni 15 noin 200 ppm:ään, ja tämä vähennys oli tapahtunut jo 1 m:n päässä. Lyhyesti tämän toteutusmuodon sumutus/dispersiosäädin 34 ja ohjauslevyt 12 voisivat aikaansaada sopivat jauhetun hiilen dispersio-ominaisuudet syttymisen edistämiseksi ja polttoaineen lisäalueen aikaansaamiseksi.

20

Happipitoisuus nousi hieman 2 m:n päässä polttimesta. Tämän ajatellaan olevan tulos, koska tertiaari-ilman ja polttoaineen lisäalueen välinen sekoittuminen on alkanut. Alue, joka on 4 m:n päässä, jossa jälki-ilma tuodaan sisään, vastaa aluetta 25 jauhetun hiilen polttamiseksi ja jäännöstyppikomponentin muuntamiseksi typeksi.

Jauhetun hiilen syttymisen edistämisen tuloksena sumutus/dis-persiosäätimen 34 ja ohjauslevyjen 12 avulla, lisäpolttoaine-30 alueen kaasun lämpötila nostetaan, niin että se edistää jauhetun hiilen ja vesihöyryn välisiä reaktioita. Tuloksena jauhetun hiilen polttoaste saavuttaa noin 90 % asteen 4 min päässä huolimatta siitä, että polttimeen syötetyn ilman määrä on noin 0,8 kertaa stökiömetrinen arvo, niin että typpikomponentti, 35 joka vapautuu yhdessä jauhetun hiilen palamattoman sisällön kanssa muutetaan typeksi jälki-ilman lisäsyöttöä ennen. Koska polttoaste saavuttaa n. 90 % jälki-ilman syöttämisen aikana, pieni typpipitoisuus on jäljellä polttoaineen hiukkasissa, 98658 24 niin että NOx:ää, joka muuten voitaisiin tuottaa jälki-ilman kanssa, ei ole havaittu.

Tämän toteutusmuodon polttimen NOx-pitoisuus oli noin 110 - 120 5 ppm (muutettuna 6 %:n happipitoisuuteen) noin 1,4 m:n päässä polttimesta, ja palamattoman sisältö tuhkasisällössä oli noin 2 paino-%.

Tämän keksinnön muu toteutusmuoto on esitetty kuvassa 6. Kuva 10 6 esittää kuvien 2-4 polttimen rakenteesta eroavia osia.

Kuvan 6 polttimelle on tunnusomaista rakenteesta, jossa sekun-daarisiivet ja väliseinä on tehty yhteiseksi.

Sekundaari-ilmakäytävä 31 on muodostettu rengasmaiseksi käytä-15 väksi, jota rajoittaa sekä primaari-ilmakäytävän 30 ulkokehälle sijoitettu primaari-ilman syöttöputki 1 että tertiaari-il-makäytävän 33 sisäkehälle sijoitettu sekundaari-ilman syöttö-putki 2. Sekundaari-ilmakäytävä 31 sen ylävirran puolella on yhteydessä ikkunalaatikkoon 35 sekundaarivastuksen 38 kautta 20 ja sen alavirran puoli on yhteydessä polttokammioon 36 sekun-daari-ilmapyörteittimen 40 kanssa. Tämä sekundaari-ilmapyör-teitin 40 on muodostettu useista suorakulmaisista levyistä, joissa kussakin on toinen pää liitettynä liekinpitimeen 37 ja sen toinen pää liitettynä sekundaari-ilman syöttöputken 2 pää-25 typintaan sijoitettuna lähemmäksi polttokammiota kuin liekin-pidintä 37. Nämä suorakulmaiset levyt, so. pyörrelevyt, on kiinnitetty peittämään liittyvät osat jauhetun hiilen suihku-tussuunnassa ja on niin järjestetty, että sekundaari-ilman sallitaan kulkea peittävien levyjen välien kautta sillä taval-30 la, että sillä on nopeus, jonka suunta ei ole jauhetun hiilen suihkutussuunta, vaan vain pyörteisessä suunnassa.

Seuraavaksi kuvataan tämän toteutusmuodon toiminta ja vaikutukset .

35

Pyörrelevyjen välien käytävät muodostaen osana sekundaari-il-mapyörteittimen 40 eivät anna nopeutta jauhetun hiilen suihku-tussuunnassa vaan nopeuden pyörresuunnassa. Tuloksena sekun- 98658 25 daari-ilman pyörteittimellä 40 on toiminta, joka on sama kuin kuvien 2-4 väliseinän 32, poistaen jauhetun hiilen liekin kuumat palamiskaasut polttimen lähialueella tällä tavalla edistäen jauhetun hiilen syttyvyyttä.

5

Sekundaari-ilma koskettaa sekundaari-ilmapyörteittimen 40 pyörrelevyjen pintoja viilentäen pyörrelevyjä. Tuloksena polttimen lähialueelle aikaansaadulla kuumalla liekillä aiheutettu polttohäviö voidaan estää parantamalla ajon luotettavuutta 10 pitkällä ajanjaksolla.

Kuva 7 esittää tämän keksinnön jauhetun hiilen polttimen muunnosta ja sille on tunnusomaista, että sumutus/dispersiosäädi-ntä 34 voidaan liikuttaa jauhetun hiilen suihkutussuunnassa 15 (aksiaalisuunnassa).

Sumutus/dispersiosäädin 34 on rakennettu sylinterimäisestä putkiosasta 10, kartiosta 9, sylinterimäisestä putkiosasta 6 ja kartiosta 7, jotka on yhtenäisesti muodostettu selostetussa 20 järjestyksessä ylävirran päästä. Nestemäisen polttoainesuutti-men 5 ulkonema, joka ulkonee sumutus/dispersiosäätimen 34 polttokammion päätypinnasta polttokammiota kohti vastaa suo-ristinputkea 8, kuten on esitetty kuvissa 2-4.

25 Hajoamis/dispersiosäätimen 34 asentoa vaihdellaan jauhetun hiilen suihkutussuunnassa säätösignaalin vasteena. Tämä säätö-signaali esitetään esimerkillä: signaali, joka sisältää tietoa jauhetun hiilen ja kantajakaasun virtausnopeuksista; signaali, joka osoittaa kolmeen osaan jaetun polttoilman syöttösuhteen 30 ja polttimeen syötetyn suhteen; signaali, joka sisältää tietoa liekin tai vastaavan muodosta; ja signaali, joka osoittaa polttimen tai polttokammion tilan, kuten signaali lukuisten eri osien lämpötilatiedoista.

35 Seuraavaksi kuvataan kuvan 7 toteutusmuodon toiminta ja vaikutukset .

Sumutus/dispersiosäädintä 34 liikutetaan jauhetun hiilen 98658 26 suihkutussuunnassa niin, että muutetaan nestemäisen polttoaineen suuttimen ulkoneman pituutta (vastaten suoristinputkea 8) polttokammiota kohti, niin että jauhetun hiilen dispersio-ominaisuudet primaari-ilmakäytävän poistokäytävässä säädetään.

5 Erityisesti niiden jauhettujen hiilihiukkasten uudelleenjakautuminen, jotka on konsentroitu primaari-ilman syöttöputken 1 sisäpinnan läheisyydessä sumutus/dispersiosäätimen 34 avulla, käytävän säteettäisessä suunnassa kasvaa edellä mainitun suo-ristinputken pituutta lisättäessä, niin että jauhettujen hii-10 lihiukkasten hiukkashalkaisijoiden tai pitoisuuksien sä- teettäiset jakautumat primaari-ilmakäytävän 30 polttokammion sivupäässä tasoittuvat. Jos edellä mainittua suoristinputkea lyhennetään jauhetun hiilen pitoisuus primaari-ilmakäytävän 30 suussa sijaitsevalla ulkoalueella voi päinvastoin nousta.

15

Yleisesti ajon aikana alhaisella kuormalla alhaisella jauhetun hiilen syötöllä jauhetun hiilen hiukkaspitoisuus on tyhjempi hiilijauhimen ajo-ominaisuuksien takia, niin että syttyvyys liekin pitimen lähialueella huononee aikaansaamatta stabiilia 20 liekkiä. Jos sumutus/dispersiosäädin 34 toimii sellaisen signaalin mukaan, joka osoittaa palamistilan piirteet, polttimen poltto-ominaisuuksia voidaan parantaa. Esimerkiksi, jos signaalia, joka sanelee jauhetun hiilen syöttönopeutta, käytetään vähentämään jauhetun hiilen syöttönopeutta ja liikuttamaan 25 sumutus/dispersiosäädintä 34 polttokammiota kohti, jauhetun hiilen pitoisuus primaari-ilman syöttöputken 1 suulla pidetään olennaisesti vakiotasolla lukuunottamatta jauhetun hiilen syöttönopeudesta. Tuloksena yksittäisen polttimen minimikuor-maa voidaan pienentää noin puoleen tekniikan tason kuormasta, 30 so. noin 15 - 20 %.

Nämä toiminnat ja vaikutukset voitaisiin saavuttaa samoin, vaikkakin sumutus/dispersiosäädin kiinnitettäisiin minkä tahansa muotoiseen jauhetun hiilen suuttimeen, vaikka kuvan 7 35 sumutus/dispersiosäädin on sijoitettu sylinterimäisen putken jauhetun hiilen suuttimeen. Esimerkiksi, jopa polttomenetelmässä, jossa lukuisia suorakulmaisia suuttimia on pinottu polttokammion korkeussuunnassa, niin että jauhettu hiili ja 98658 27 kantajailma tai polttoilma suihkutetaan yksittäisistä suuttimista, jauhetun hiilen hiukkaspitoisuus ja -halkaisija suutti-mien poistokäytävässä voidaan säätää niin, että saavutetaan keksinnön kohde, jos sumutus/dispersiosäädin on sijoitettu 5 jauhetun hiilen kantajan suuttimiin.

Kuva 8 esittää toista toteutusmuota ja kuvaa vain osia, jotka ovat erilaisia kuvien 2-4 polttimista rakenteeltaan, mutta jättää huomioonottamatta tavalliset osat. Tälle toteutusmuo-10 dolle on tunnusomaista ohjaussiipi 41 sekundaari-ilman syöt-tökäytävän 2 johtavassa päässä väliseinän 21 paikalla, kuten on esitetty kuvissa 2-4, jotta poistetaan jauhetun hiilen suihkun ja tertiaari-ilman välistä sekoittumista.

15 Ohjaussiipi 41 rajoittaa tertiaari-ilman käytävän 33 poltto-kammion 36 lähellä, kuten kuvien 2-4 toinen kavennus 14. Kuvassa 8 tertiaari-ilman käytävä 33 on rakennettu niin, että siinä sen poikkileikkausala pienenee poltinkammiota 36 kohti ohjainsiiven 41 avulla.

20

Seuraavaksi kuvataan tämän toteutusmuodon toiminta ja vaikutukset .

Koska tämän toteutusmuodon ohjainsiipi on rakennettu pienentä-25 mään tertiääri-ilmakäytävää 33 johtavalla puolella (so. polt-tokammion puolella), tertiaari-ilman suihku voidaan suihkuttaa tertiaarikavennusta 22 pitkin niin, että tukahdutetaan tertiaari-ilman ja jauhetun hiilen virtauksen välistä sekoittumista heti tertiaari-ilman suihkuttamisen jälkeen, niin että ohjain-30 siipi 41 voi esittää toimintaa, joka on sama kuin kuvien 2-4 väliseinän 32. Tuloksena alhaisemman ilma/polttoainesuhteen alue voidaan aikaansaada liekin keskiosaan ja polttimen lähialueelle, täten saavuttaen vaikutuksen, että polton alkuvaiheessa tuotetun NOx:n vähentymistä voidaan edistää. Lisäksi 35 tässä toteutusmuodossa suoritetun stabiilin syttymisen ja liekin pitämisen toteuttaminen vielä kevyellä kuormalla voidaan saavuttaa liikuttamalla sumutus/dispersiosäädintä 34 kuorman mukaisesti, kuten kuvassa 7.

98658 28 Tämän keksinnön muu toteutusmuoto on esitetty kuvassa 9. Kuva 9 kuvaa myös vain osia, jotka ovat rakenteeltaan erilaisia kuvien 2-4 polttimesta, mutta jättää yleiset osat huomioonot-5 tamatta. Tämä väline jauhetun hiilen suuttimesta suihkutettavan jauhetun hiilen hiukkaskokojakautuman mittaamiseksi sumu-tus/dispersiosäätimen polttokammion puolella alavirrassa on kiinnitetty jauhetun hiilen suuttimeen. Ilmaisin on rakennettu: suurempien hiukkasten halkaisijan ilmaisimesta 71 primaa-10 ri-ilman syöttöputken 1 sisäpinnan lähialueella olevien hiukkasten halkaisijoiden mittaamiseksi; pienemmästä hiukkashal-kaisijan ilmaisimesta 72 hiukkashalkaisijoiden mittaamiseksi käytävän 30 säteettäisesti sisäpuolen lähialueella; hiukkas-halkaisijajakautuman ilmaisimesta 74 syötetyn jauhetun hiilen 15 hiukkashalkaisijan jakautuman estimoimiseksi suuremman hiuk-kashalkaisijan ilmaisimen 71 antosignaalin 76 (so. suuremman hiukkashalkaisijan signaali) ja pienemmän hiukkashalkaisijan ilmaisimen 72 antosignaalin 77 pohjalta (so. pienemmän hiukkashalkaisijan signaali); ja jauhimesta 75 jauhetun hiilen 20 hiukkashalkaisijajakautuman säätämiseksi hiukkashalkaisijaja-kautuman signaalin antosignaalin 78 pohjalta (so. hiukkashalkaisijajakautuman signaali). Suuremman hiukkashalkaisijan ilmaisin 71 ja pienemmän hiukkashalkaisijan ilmaisin 72 kuvataan esimerkkinä ei-kosketustyyppisistä ilmaisimista käyttäen op-25 tista sirontaa tai läpäisyä tai kosketustyyppisistä ilmaisimista hiukkasten yhteentörmäyksistä johtuvien vastusten suuruuksien ilmaisemiseksi.

Seuraavaksi kuvataan tämän toteutusmuodon toiminta ja vaiku-30 tukset.

Koska primaari-ilmakäytäväliä 30 on sen tehollinen alue suurennettu sen alavirran päässä, sumutus/dispersiosäädin 34 voi hyödyntää jauhetun hiilen hiukkasten hidastuvuuden niin, että 35 se muuttaa jauhetun hiilen hiukkashalkaisijan jakautumista primaari-ilmakäytävän 30 radiaalisuunnassa pienempien hiukkasten, jotka mielellään seuraavat ilmavirtaa, ja surrehkojen hiukkasten välillä, jotka ovat vastahakoisia seuraamaan ilma- 98658 29 virtaa. Kantajailmaa vastahakoisesti seuraavat jauhetun hiilen hiukkashalkaisijät ovat muuttuneet kantajakaasun nopeudesta riippuen primaari-ilmakäytävän 30 sylinterimaisen putkiosan 6 ja kartion 7 muodon alavirran puolella asennossa. Minimihal-5 kaisija, joka ei seuraa kantajailmaa (jota halkaisijaa kutsutaan "alemman erotusrajan hiukkashalkaisijaksi), on noin 20-50 m kantaja-ilman nopeudella 20-30 m/s sylinterimaisen putki-osan 6 asennossa, kartion 7 apex-kulmalla 10-60 astetta ja tilassa, jossa ei ole kantajailman erotusta putkessa. Erityi-10 sesti jauhetun hiilen hiukkashalkaisijajakautuma suoristinput-ken 8 asemassa tutkitaan säteettäissuunnassa. Sitten, mitä havaitaan primaari-ilmakäytävän 30 keskiosan lähellä, ovat hienohkot hiilihiukkaset, joilla on alempi erotusrajahiukkas-halkaisija tai vähemmän. Primaari-ilman syöttöputken 1 sisä-15 pinnan lähellä päinvastoin suuremman halkaisijan hiilen suhde alemman erotusrajan hiukkashalkaisijaan on korkeampi kuin jauhetun hiilen hiukkashalkaisijajakautuma jauhetun hiilen syöttöputkessa 26.

20 Edellä mainittu ero jauhetun hiilen hiukkashalkaisijajakautu-massa ilmaistaan suuremman hiukkashalkaisijän ilmaisimen 72 avulla. Näiden kahden ilmaisimen ei tarvitse ilmaista jauhetun hiilen hiukkashalkaisijajakautumaa tarkasti, vaan voivat aikaansaada niiden kohteen, jos ne voivat havaita suhteelliset 25 arvot kahdessa ilmaisuasennossa. Ilmaisimista voivat olla esimerkkeinä edellä mainitut ei-kosketus- ja kosketustyypit.

Jotta aikaansaadaan jauhetun hiilen liekki pysyväksi, ei-kos-ketustyypin ilmaisimet ovat kuitenkin edullisia, koska ne häiritsevät vähemmän jauhetun hiilen virtausnopeusjakautumaa pri-30 maari-ilmakäytävän 30 poistokäytävässä.

Hiukkashalkaisijajakautuman ilmaisija 74, joka vastaanottaa kahden ilmaisimen 71 ja 72 antosignaalit 76 ja 77, analysoi intensiteettisuhteen ja antosignaalien itsensä intensiteetit 35 ilmaisimien 71 ja 72 kalibrointikäyrien pohjalta jauhetun hiilen hiukkashalkaisijajakautuman estimoimiseksi jauhetun hiilen syöttöputkessa 26. Hiukkashalkaisijajakautuman ilmaisimen 74 antosignaali on tuotettu jauhimeen 75 säätämään jauhimesta 75 98658 30 syötettävän jauhetun hiilen hiukkashalkaisijajakautumaa.

Edellä kuvatussa menetelmässä säädöt ovat tehokkaita jauhimen 75 jauhamisominaisuuksien stabiloimiseksi, kun kuorma kattilan 5 jälkeen aaltoilee. Jos esimerkiksi jauhetun hiilen kattilan jälkeen kuormaa muutetaan suurella määrällä, jauhimella 75 yksikköaikaa kohti syötettävän hiilen syöttönopeus muuttuu vastaavasti suurella määrällä. Hiilijauhimen 75 syöttönopeuden muutoksesta voidaan huolehtia väliaikaisesti poistaen jauhet-10 tua hiiltä, jota on pidetty jauhimessa 75, mutta hiukkashalkaisi ja jakautuma muuttuu yleensä. Jos jauhimen jauhamisominai-suudet säädetään kuten kuvassa 9 on viitattu, polttimeen syötettävän jauhetun hiilen hiukkashalkaisijajakautumaa voidaan pitää vakiona riippumatta kuorman muutoksesta kattilan jäl-15 keen, niin että jauhetun hiilen hiukkashalkaisijän vaikutukset jauhetun hiilen liekin tilan määrittämiseksi voidaan ylläpitää kuorman suhteen. Tuloksena ei palamaton sisältö tuhkassa eikä NOx-pitoisuus polttokammion poistokäytävässä ole muuttunut kuormaa muutettaessa kattilan jälkeen.

20 Tämän toteutusmuodon mukaan jauhinta 75 voidaan lisäksi käyttää vähentämään jauhetun hiilen hiukkashalkaisijaa polttokammion matalassa lämpötilassa, niin että jauhetun hiilen polt-tonopeus ei vähene kattilan alhaisella kuormallakaan.

25

Vaikka tässä on kuvattu menetelmä käyttää jauhetun hiilen pol-tinta jauhetun hiilen hiukkashalkaisijajakautuman mittaamiseksi, toteutusmuodon toiminnat voidaan lisätä jauhetun hiilen syöttöputkeen 26. Erityisesti samanlaiset vaikutukset voidaan 30 saavuttaa, jos jauhetun hiilen syöttöputki 26 on äkkiä suunnattu toisaalle aikaansaaden kantajakaasun virtauksen seuraamiseen kykenevien pienempien hiukkasten virtauksen ja kanta-jailmaa vastahakoisesti seuraavien suurempien hiukkasten virtauksen, ja jos hiukkashalkaisijän ilmaisimet yksittäisten 35 virtausten hiukkashalkaisijoiden mittaamiseksi on kiinnitetty.

On tarpeetonta sanoa, että putket pitäisi muotoilla, niin että vältetään jauhettujen hiukkasten kerääntyminen laajenevaan 98658 31 osaan.

Tämän keksinnön muu toteutusmuoto on esitetty kuvassa 10, jossa lukuisia (esim. viisi, kuten esitetty) polttimia on kiinni-5 tetty polttokammioon 36. Polttimilla 83a on tehtävänä mitata jauhetun hiilen hiukkashalkaisijajakautumia, kuten on kuvattu kuvassa 9. Jauhin 75 syöttää jauhetun hiilen polttimiin 83. Hiukkashalkaisijän säädin 81 vastaanottaa hiukkashalkaisija-jakautuman ilmaisimien 74 signaalit ja ratkaisee eron hiukkas-10 halkaisijajakautumassa yksittäisten polttimien 83 välillä niin, että tuottaa signaalin hiukkashalkaisijajakautuman säätämiseksi. Polttimien jauhetun hiilen syöttöputken ylävirtaan kiinnitettävät hiukkashalkaisijän säätimet 82a säätävät polttimiin syötettävän jauhetun hiilen hiukkashalkaisijajakautumaa 15 hiukkashalkaisijän säätimen 81 antosignaalin pohjalta.

Hiukkashalkaisijän säädin 81 ratkaisee polttamille 83 syötettävän jauhetun hiilen hiukkashalkaisijajakautuman ja vertaa sitä kunkin polttimen hiukkashalkaisijajakautuman ideaaliseen 20 malliin, tuottaakseen signaalin tarkoituksena saada malli sattumaan yhteen kunkin polttimen hiukkashalkaisijajakautuman ideaalisen mallin suhteen hiukkashalkaisijän säätimiin 82. Hiukkashalkaisijän säätimen 81 signaalin vastauksena hiukkashalkaisi jän säätimet 82 säätävät polttimiin 83 syötettävän 25 jauhetun hiilen hiukkashalkaisijajakautumia.

Kun jauhettu hiili on syötettävä yksittäisestä jauhimesta 75 useisiin jauhetun hiilen polttimiin, hiukkashalkaisijän säädin 81 toimii niin, että se syöttää suhteellisesti pienempiä 30 hiukkasia sisältävän jauhetun hiilen polttimiin (82a ja 82e) kammion seinän lähellä ja jäljelle jäävän jauhetun hiilen polttimiin 83b-83d polttokammion 36 keskiosassa. Tuloksena lähelle kammion seinää sijoitettuja polttimia voidaan estää huonontamasta niiden palamismallia. Tämä huonontuminen voi 35 toisaalta aiheutua, koska lähelle kammion seinää sijoitetut polttimet matalassa lämpötilassa vastaanottavat vähemmän säteilyä liekistä kuin polttokammion keskiosaan sijoitetut jauhetun hiilen polttimet. Täten jauhetun hiilen polttimien polt- 98658 32 tonopeudet voidaan tehdä olennaisesti tasaisiksi.

Tämän keksinnön muu toteutusmuoto on esitetty kuvassa 11. Tässä toteutusmuodossa kuvissa 2-4 kuvattua poltinta käytetään 5 jauhetta tuottavassa uunissa, erityisesti kiertouunissa sementin tuottamiseksi. Laite koostuu: puhaltimesta 91; tuotteen saantikammiosta puhaltimesta 91 syötetyn polttoilman pitämiseksi ja tuotetun sementtijauheen jäähdyttämiseksi ja kuivaamiseksi; tuotteen saantikammiossa 92 pidetystä jäähdytysulko-10 nemasta 94 tarkoituksena saada puhaltimesta 91 syötetty ilma kulkemaan ylöspäin sementtijauheen läpi; tuotteen saantikam-mion 92 osaan kiinnitetystä poistoputkesta 93 sementtijauheen saamiseksi talteen; tuotteen saantikammioon 92 asennetusta polttimesta 95 polttoilman ja jauhetun hiilen suihkuttamisek-15 si; kalsinointikiertouunista 96 polttimen muodostaman liekin vastaanottamiseksi; saantikammiota vastapäätä sijoitetusta poistokammiosta 99 kiertouunin 96 poikki; lietteen suihkutus-käytävästä 97 uloten poistokammioon 99 lietteen syöttämiseksi materiaalina sementtijauheen tuottamiseksi kiertouuniin 96; ja 20 poistokammion 99 osaan liitetystä poistoputkesta palamiskaa-sujen poistamiseksi. Toisaalta sylinterimäinen kiertouuni 96 koostuu: polttokammiosta 100, jossa on suurennettu sisähalkai-sija, ja joka on sijoitettu lähelle poltinta; sylinterimäises-tä kalsinointikammiosta 101 muodostettuna ulottumaan poltto-25 kammiosta 100 poistokaromiota kohti ja sisältäen pienemmän si-sähalkaisijän kuin polttokammio 100; ja lämmön saantikammiosta 102 muodostettuna ulottumaan kalsinointikammiosta 101 poisto-kammiota kohti ja sisältäen olennaisesti samansuuruisen sisä-halkaisijan kuin polttokammio 100. Kiertouunia 96 pyöritetään 30 vakionopeuksisella kiertomekanismilla (ei esitetty).

Poltin 95 on rakenteeltaan edellä kuvissa 2-4 esitetyn mukainen tai muutettuna kuvien 6-9 mukainen.

35 Seuraavassa kuvataan tämän laitteen toiminta ja vaikutus:

Materiaali lietesementtijauhetta varten, joka on jauhettu jau-himella ja valmistettu, on syötetty lietteen syöttökäytävän 97 98658 33 kautta lietteen esikuumentimeen 98, niin että sitä esikuumen-netaan kosketuksessa palamiskaasujen kanssa. Lietteen esikuu-mentimesta 98 kulkeva materiaali on kuumennettu lisää sellaisen metalliketjun varautuneella lämmöllä riippuen lämmöntal-5 teenottokammiossa 102. Tämän jälkeen kuumennettu materiaali on kalsinoitu kalsinointikammiossa 101 ja sitten altistettu polt-tokammiossa 100 aikaansaadun liekin säteilylle. Sitten kalsinoitu materiaali jäähdytetään jäähdytysulkonemassa 94 poltto-ilmalla ja sitten kuljetetaan tuotevarastoon poistoputken 93 10 kautta. Jauhimen jauhamaa hiiltä kannatetaan ilmavirralla ja syötetään polttimeen 95. Toisaalta polttoilma syötetään puhal-timellä 93 ja kuumennetaan jäähdyttämällä sementtijauhe ennen kuin se on syötetty polttimeen 95.

15 Tämän toteutusmuodon poltin voi lyhentää jauhetun hiilen liekkiä vähentäen poistettavan NOx:n pitoisuutta. Täten polttokam-mion 100 kalsinointikiertouunissa 96 oleva osuus voi kasvaa pidentämään kalsinointikammiota 101 suhteellisesti. Tuloksena materiaalin nopeus käsiteltävää sementtijauhetta varten voi 20 kasvaa samansuuruiseksi. Myös kalsinoivassa polttokiertouunis-sa, jossa ei ole mahdollista käyttää kaksi vaiheista palamista ja lisäksi poistokaasujen sisältämä NOx-pitoisuus voivat vähentyä voimakkaasti vähentäen tarvetta vastamittauksiin alentamaan NOx-sisältöä ympäristön suojelemiseksi.

25 Tämä keksintö on kuvattu polttimeen liittyen, jossa suuttimet polttoilmaa varten on sijoitettu samakeskisesti jauhetun hiilen suuttimen ympärille. Kuitenkin muut muodot voivat olla mahdollisia, esimerkiksi suorakulmaiset suuttimet, jossa se-30 kundaari- ja tertiaari-ilman suuttimet ovat keskisen hiili-suuttimen molemmilla puolilla. Ydin, joka vastaa muodoltaan kuvien 2-4 sumutus/dispersiosäädintä on tuotu käyttöön niin, että aikaansaadaan samat vaikutukset.

35 Yhteenvetona jauhetun hiilen kattila ja kattilajärjestelmä, joka on varustettu keksinnön jauhetun hiilen polttimien useilla vaiheilla kunkin omatessa mekanismin tehden kiinteiden hiukkasten suihkutusnopeuden alemmaksi kuin kaasujen nopeuden

Claims (12)

98658 34 seoksessa suihkuttaen jauhetun hiilen suuttimen poistokäytä-vässä tarkoituksena sekoittaa jauhetun hiilen ja hiiltä kantavan primaari-ilman seossuihku, on mahdollista tukahduttaa jauhetun hiilen poltolla tuotettavan NOx:n määrää.

1. Poltin jauhettua hiiltä varten, jossa polttimessa on hiili-käytävä (1) jauhettua hiiltä ja hiilen poistosuuttimeen kuljettavaa primaari-ilmaa varten, ainakin yksi sekundaari-ilma-käytävä (2) sekundaarista polttoilmaa varten sisältäen poisto-suuttimen hiilikäytävän (1) poistosuutinta lähellä, niin että hiili ja primaari-ilma ja sekundaari-ilma sekoittuvat suutti-mien ulkopuolella sekoitusvyöhykkeessä, jossa palaminen tapahtuu, hiilen jakamisväline (7) hiilikäytävässä tarkoituksena saada hiilikäytävässä aikaan poistosuuttimen lähelle ainakin yksi hiilikäytävän akselista etäisyyden päässä oleva virtauksen ulkovyöhyke ja ainakin yksi virtauksen sisempi vyöhyke, joka on lähempänä hiilikäytävän akselia kuin ulkovyöhyke, ja hidastinvälineet (12) virtauksen hidastamiseksi ulkovyöhyk-keessä sisävyöhykkeen virtauksen suhteen ennen sekoitusvyöhy-kettä, tunnettu siitä, että hiilen jakamisväline (7) tuottaa muutoksen virtaussuunnassa hiilikäytävässä, jossa primaari-ilma saa virtauskomponentin, joka on säteettäisesti sisäänpäin hiilikäytävän akseliin suhteessa hiilen virtaussuun-taan niin, että sisemmässä virtausvyöhykkeessä hiilipitoisuus on pienempi kuin ulommassa vyöhykkeessä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen poltin, tunnettu siitä, että sekundaari-ilmakäytävä (2) antaa ulostulevalle sekundaari-ilmalle pyörrevirtauksen hiilikäytävän akselin ympäri.

3. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-2 mukainen poltin, tunnettu siitä, että hiilen jakamisvälineessä (7) on hiilikäytävän ydinosa, jolla on sanotun akselin suhteen kohtisuora poikkileikkaus pienentyen asteettain virtaussuunnassa, 98658 35 niin että virtauksen poikkileikkaus kasvaa virtauksen suunnassa.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen poltin, tunnettu siitä, että ydinosan asteittain pienenevä poikkileikkaus (7) on asetettu ainakin yhdeltä pinnalta 10-45 asteen kulmaan akselin suhteen.

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen poltin jauhettua hiiltä varten, tunnettu siitä, että ydinosa on aksiaalisesta liikutettavissa säätämään asteettain pienenevän poikkileikkauksen (7) asentoa hiilikäytävän poistosuuttimen suhteen.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 3-5 mukainen poltin, tunnettu siitä, että hiilikäytävässä (1) ylävirtaan asteittain pienenevästä poikkileikkauksesta (7) ydinosan halkaisija on alueella 30-80 % virtausalan ulkohalkaisijasta hiilikäytävässä .

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-6 mukainen poltin, tunnettu siitä, että hidastinväline (12) koostuu ainakin yhdestä ohjauslevystä, joka on sijoitettu hiilikäytävän poistosuuttimeen virtauksen keskeyttämiseksi ulkovyöhykkeessä.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen poltin, tunnettu siitä, että ainakin yhdellä ohjauslevyllä on ohjauspinnat, jotka ovat virtaa vastassa kulmassa 90-120 astetta virtauksen aksiaalisuunnan suhteen.

9. Kattila veden lämmittämiseksi jauhetun hiilen polttamisella, jossa kattilassa on polttokammio (42) jauhetun hiilen polttamiseksi ilmassa ja ainakin yksi poltin (43) jossa ainakin yhdessä polttimessa on virtauskäytävä (1) jauhetulle hiilelle ja hiilen ulostuovalle primaari-ilmalle, ensimmäinen poistosuutin virtauskäytävän päässä, joka syöttää jauhetun hiilen ja primaari-ilman polttokammioon, ja ainakin yksi toinen poistosuutin kauempana hiilikäytävän akselista kuin ensimmäinen suutin sekundaarisen polttoilman virtausta varten kam- 98658 36 mioon ensimmäisen suuttimen lähellä, väline, jolla erotetaan virtaus virtauskäytävässä ainakin yhteen ulkovyöhykkeeseen ja ainakin yhteen sisempään vyöhykkeeseen lähempänä akselia kuin ulkovyöhyke ja väline, jolla hidastetaan hiilen virtausnopeutta ulkovyöhykkeessä sisävyöhykkeen suhteen ennen hiilen sekoittamista sekundaari-ilmaan, tunnettu siitä, että virtauksen jakamisväline tuottaa muutoksen virtaussuunnassa hiilikäytävässä ja näin saa aikaan virtauksen erottumisen kohdassa, joka on lähellä ensimmäistä poistosuutinta niin, että hiilen pitoisuus ulkovyöhykkeessä on suurempi kuin sisemmässä vyöhykkeessä, ja virtauksella, joka tulee ulos ensimmäisestä poistosuuttimesta, ei ole olennaisesti yhtään virtauskompo-nenttia ulospäin hiilikäytävän akselista, ja että ensimmäinen liekkivyöhyke muodostetaan suuttimien lähelle ja toinen liek-kivyöhyke muodostetaan kauemmaksi suuttimista kuin ensimmäinen liekkivyöhyke, happipitoisuuden toisessa liekkivyöhykkeessä ollessa alempi kuin ensimmäisessä liekkivyöhykkeessä ja ollessa riittävän matala toisessa liekkivyöhykkeessä että typpioksidien väheneminen tapahtuu siinä.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen kattila, tunnettu siitä, että siinä on väline (75) jauhetun hiilen syöttämiseksi polttimeen, hiukkaskokojakautuman tunnistin (71, 72, 74) järjestettynä tunnistamaan hiilen hiukkaskokojakautuman polttimeen syötettävässä jauhetussa hiilessä, ja säätöväline järjestettynä säätämään syöttövälineen syöttämän jauhetun hiilen hiukkaskokojakautumaa riippuen ilmaisimen antotiedosta.

11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen kattila, tunnettu siitä, että siinä on useita polttimia (83a-c), väline (75) jauhetun hiilen syöttämiseksi polttimiin, useita hiukkaskoko-jakautuman ilmaisimia (82a-c) järjestettynä tunnistamaan hiilen raekokojakautumaa polttimiin syötetystä jauhetussa hiilessä, vastaavasti, ja säätöväline järjestettynä muuttamaan syöt-tövälineellä vastaavasti polttimiin syötetyn jauhetun hiilen hiukkaskokojakautuman riippuen ilmaisimien antosignaaleista ja kattilan toimintakuormasta. 98658 37

12. Menetelmä jauhetun hiilen polttamiseksi polttokammiossa polttimen avulla, jossa on virtauskäytävä (1) jauhetulle hiilelle ja hiilen ulostuovalle primaari-ilmalle, ensimmäinen poistosuutin polttokammioon virtauskäytävän päässä ja ainakin yksi toinen poistosuutin kauempana hiilikäytävän akselista kuin ensimmäinen suutin sekundaarisen polttoilman virtausta varten kammioon ensimmäisen suuttimen lähellä menetelmän koostuessa: (a) suoritetaan virtauksen erottaminen virtauskäytävässä ainakin yhteen ulkovyöhykkeeseen ja ainakin yhteen sisempään vyöhykkeeseen lähempänä akselia kuin ulkovyöhyke ja (b) hidastetaan hiilen virtausnopeutta ulkovyöhykkeessä sisä-vyöhykkeen suhteen ennen hiilen sekoittamista sekundaari-ilmaan, tunnettu siitä, että virtauksen erottaminen tapahtuu kohdassa, joka on lähellä ensimmäistä poistosuutinta niin, että hiilen pitoisuus ulkovyöhykkeellä on suurempi kuin sisemmässä vyöhykkeessä, ja virtauksella, joka tulee ulos hiilikäytävän poistosuuttimesta, ei ole olennaisesti yhtään vir-tauskomponenttia ulospäin hiilikäytävän akselista, ja että ensimmäinen liekkivyöhyke muodostetaan suuttimien lähelle ja toinen liekkivyöhyke muodostetaan kauemmaksi suuttimista kuin ensimmäinen liekkivyöhyke, happipitoisuuden toisessa liekki-vyöhykkeessä ollessa alempi kuin ensimmäisessä liekkivyöhyk-keessä ja ollessa riittävän matala toisessa liekkivyöhykkeessä että typpioksidien väheneminen tapahtuu siinä. 98658 38