ITRM950716A1 - Perfezionato dispositivo conico distributore per bruciatori di di polverino di carbone - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione avente per titolo: "Perfezionato dispositivo conico distributore per bruciatori di polverino di carbone",

CAMPO E PRECEDENTI DELL'INVENZIONE

La presente invenzione si riferisce in generale a bruciatori di combustibile e, più in particolare, a bruciatori per combustibile di polverino di carbone che hanno diffusori o strutture simili del.carbone nell'ugello del bruciatore per rompere, deviare e disperdere in maniera efficace sedimenti filamentosi nel polverino di carbone che si formano naturalmente all'interno della tubazione del bruciatore.

I generatori di vapore a fossile vengono utilizzati nella generazione di energia per generare elettricità. E' noto che la combustione soddisfacente del carburante in polverino di carbone in questi generatori di vapore richiede una percentuale più elevata di eccesso di aria rispetto agli altri carburanti come ad esempio gas o petrolio. Una ragione è costituita dalla intrinseca cattiva distribuzione del carburante che si ha nel forno di combustione del generatore di vapore, non solo tra i tubi del bruciatore singoli ma anche all'interno e all'uscita degli ugelli di scarico del bruciatore. Normalmente, la combustione completa di un combustibile polverizzato come il carbone richiede almeno il 15% di eccesso di aria. Una quantità significativa di energia alla girante è necessaria per realizzare questo eccesso di aria. Una distribuzione del combustibile migliore potrebbe ridurre i livelli di eccesso di aria, con una corrispondente riduzione nella energia alla girante, nella misura in cui si soddisfano i requisiti di stabilità della fiamma e di emissioni.

Un consumo significativo di energia si ha anche per superare le varie perdite di pressione che sono associate con il trasporto pneumatico del combustibile di polverino di carbone all'interno della tubazione del combustibile e negli ugelli del bruciatore. Queste perdite di pressione rappresentano un significativo costo operativo, sia nella fase in cui vengono confrontate e valutate offerte competitive, che durante il successivo funzionamento dell'impianto. Per questo motivo, è anche vantaggioso ridurre queste perdite di pressione nella misura in cui è possibile, riducendo principalmente le necessità di energia da parte della girante dell' aria.

Una delle ragioni principali per le elevate perdite di pressione nell'ugello del bruciatore è dovuta alla dispersione derivante dalla vischiosità del combustibile. Il fatto che il combustibile diventa vischioso deriva dalla concentrazione di un combustibile polverizzato come ad esempio carbone in un'area relativamente piccola del tubo di trasporto del combustibile e dell'ugello del bruciatore, ed è determinato dalle configurazioni di flusso centrifugo determinate dai gomiti e dalle curve del tubo nel tubo di trasporto del combustibile e nell'ugello del bruciatore. Il termine "invischiamento del combustibile" viene utilizzato poiché la corrente del carbone trasportata assume la forma di una raccolta spessa definita di particelle di carbone che visivamente assomigliano ad una fune. Poiché il tubo di trasporto del combustibile fa sempre una transizione da un tubo sostanzialmente verticale ad un tubo sostanzialmente orizzontale in corrispondenza dei bruciatori in cui il combustibile viene scaricato nel forno per la combustione, l'invischiamento o formazione di fune da parte del combustibile generalmente non può essere evitato.

Nel passato, alcuni tubi di trasporto del combustibile polverizzato ed ugelli di bruciatore comprendevano una sezione a Venturi che aveva lo scopo di rompere la formazioni di funi di combustibile e disperdere uniformemente il combustibile polverizzato sull'estremità di uscita dell'ugello del bruciatore. Il brevetto U.S. No.

3.788.796 di Krippene et al., ceduto alla The Babcock & Wilcox Company, mostra questo tipo di bruciatore di combustibile polverizzato che comprende una sezione a Venturi ed un elemento ad asta con estremità conica. Lo scopo di questa combinazione era di variare la velocità della miscela carbone-aria e di migliorare la distribuzione combustibile-aria. Questo disegno particolare era inefficace nella riduzione della formazioni di funi di combustibile e nel salto di pressione attraverso l'ugello.

Un bruciatore del'combustibile perfezionato del tipo descritto nel Brevetto U.S. No. 3.788.796 è fornito dal Brevetto U.S. No. 4.380.202 di LaRue et al., ceduto anch'esso alla The Babcock & Wilcox Company. In esso è descritto un bruciatore di combustibile per una unità generatrice di vapore che comprende un ugello tubolare che è disposto concentricamente attorno all'asse centrale del bruciatore. L'estremità di entrata dell'ugello è connessa con un tubo a gomito, e l'ugello convoglia combustibile polverizzato con aria intrappolata per lo scarico nella camera di combustione dell'unità di generazione di vapore.

Un deviatore di forma simile alla semiparte superiore di una forma troncoconica è montato sulla metà superiore ed inclinato verso il basso dall'estremità di ingresso dell'ugello tubolare. Il deviatore crea una sezione convergente all'interno dell'ugello. Un diffusore con un tappo a forma di diamante oblungo con sezioni crescenti e discendenti ed un elemento di protezione è disposto all'interno dell'ugello. La protezione cilindrica è montata internamente all'ugello tubolare. L'ugello e la protezione cooperano per formare un passaggio di flusso del combustibile e dell'aria esterno anulare tra di essi, mentre la protezione ed il tappo cooperano per formare un passaggio di flusso del combustibile e dell'aria anulare centrale tra di essi. Il passaggio di flusso del combustibile e dell'aria anulare centrale ha una entrata convergente ed una sezione di uscita divergente. Sono previsti mezzi di supporto per supportare e posizionare la protezione del diffusore coassialmente con il tappo del diffusore in maniera tale che la protezione del diffusore circondi il tappo del diffusore.

Il Brevetto U.S. No. 4.380.202 di LaRue et al. È istruttivo per la sua descrizione di vari fattori che influenzano il salto di pressione nell'ugello del bruciatore. Come descritto qui, quattro forze principali contribuiscono al salto di pressione che si verifica durante il convogliamento pneumatico dell'aria primaria e di solidi polverizzati nell'ugello del bruciatore:

(1) l'attrito del fluido contro la parete del tubo;

(2) la forza di inerzia che agisce sul fluido; (3) le forze di inerzia e gravità che agiscono sui solidi; e

(4) la forza di trazione aerodinamica che agisce sui solidi.

Inoltre, aree della separazione di flusso nell'ugello del bruciatore possono portare a perdite di pressione.

Quando si verifica la formazione di funi di combustibile, la distribuzione di flusso dell'aria ha un effetto secondario sulla distribuzione delle particelle. Una volta che una particella ottiene una quantità di moto in una certa direzione, cambierà la sua direzione di avanzamento principalmente se viene urtata da una superficie solida. Pertanto, le forze di trascinamento tra l'aria e le particelle solide sono di secondaria importanza, mentre la quantità di moto (massa) della particella è di importanza primaria. E' evidente da quanto sopra che una riduzione nel salto di pressione lungo l'ugello del bruciatore può essere ottenuta mediante una riduzione in una qualsiasi delle forze che contribuisce al di pressione e una eliminazione della separazione del flusso. Tuttavia, qualsiasi tentativo per ridurre le perdite di pressione deve assicurare una miscelazione aria-combustibile adeguata al fine di ottenere la stabilità della fiamma e di soddisfare agli standard applicabili di bassa emissione di Nox.

I bruciatori del tipo summenzionato descritti nei Brevetti '796 e '202 sono indicati comunemente come bruciatori a doppio registro perché impiegano due gruppi di registri o smorzatori di aria per controllare l'ammissione dell'aria secondaria (il bilanciamento dell'aria necessaria per la combustione e che non è utilizzata per trasportare il combustibile polverizzato) nel forno. IL bruciatore a doppio registro è stato oggetto di sviluppo continuo, e trova la sua forma di realizzazione più recente in un progetto noto come bruciatore DRB-XCL<®>, un marchio registrato della The Babcock & Wilcox Company. Il bruciatore DRB-XCL<® >impiega, interalia, la tecnologia di dislocazione di aria e combustib osì come vari miglioramenti per il controllo dell'aria secondaria e la misurazione, insieme con il summenzionato diffusore conico ed il deviatore all'interno dell'ugello del bruciatore.

Nei disegni che fanno parte di questa descrizione, i riferimenti numerici simili indicano gli stessi o simili elementi in tutte le varie viste. La figura 1 descrive una vista laterale in sezione trasversale di detto bruciatore a doppio registro. Come mostrato, il bruciatore 10 a doppio registro è costituito da un ugello del carbone 12 che si estende attraverso una scatola a vento 14 del forno tra una piastra 16 di copertura della scatola ed una parete 18 del forno. Una miscela di aria principale e polverino di carbone 20 viene fornita ad una entrata 22 del carbone in un gomito 24 del bruciatore. La miscela 20 di aria primaria e polverino di carbone viene trasportata lungo l'ugello 12 del carbone, oltre una piastra di deviazione 26 ed un diffusore conico 28, verso una estremità di uscita 30 del bruciatore 10 a doppio registro. Un anello 32 di stabilizzazione della fiamma è provvisto sulla estremità di uscita 30 del bruciatore 10 a doppio registro, e la combustione del combustibile e dell'aria ha luogo nella camera 34 di combustione del forno. L'aria 36 di combustione secondaria è provvista alla scatola a vento 14 del forno mediante mezzi a ventola (non mostrati) e la quantità di detta aria secondaria 36 ammessa in ogni bruciatore 10 a doppio registro dato è controllata per mezzo di uno smorzatore 30 di aria scorrevole ed il suo dispositivo di azionamento 40 associato. L'aria 36 di combustione secondaria totale scorre nel bruciatore a doppio registro 10 e viene misurata mediante il dispositivo 42 di misurazione dell'aria, tipicamente una disposizione di sonde calibrate di urto/aspirazione, chiamate anche controlli del flusso di aria (AFM). Appena prima della estremità 30 di uscita del bruciatore 10 a doppio registro, l'aria 36 di combustione secondaria è divisa in due porzioni che sono convogliate alla estremità di uscita del bruciatore lungo passaggi 44 e 46 anulari interno esterno che circondano l'ugello 12 del carbone. Di conseguenza, la porzione dell'aria secondaria convogliata attraverso il passaggio anulare 44 interno (che è il più vicino a e circonda l'ugello 12 del carbone) è indicato come aria secondaria interna, mentre quella porzione dell'aria secondaria che è convogliata attraverso il passaggio 46 anulare esterno (che circonda il passaggio anulare 44 interno) è indicato come aria secondaria esterna. All'interno del passaggio 46 anulare esterno sono fissate palette di spin fisse e palette 50 di spin regolabili utilizzate per conferire uno spin o turbolenza desiderata nell'aria 36 secondaria in uscita quando lascia il bruciatore 10 a doppio registro. Le palette 48 di spin fisse sono utilizzate sono nel passaggio 46 anulare esterno. Il passaggio 444 anulare interno utilizza sia palette di spin 48 fisse che palette 50 di spin regolabili. La posizione delle palette 50 di spin regolabili può essere modificata mediante il dispositivo di azionamento 52. L'aria secondaria 36 che esce dal bruciatore 10 a doppio registro è anch'essa influenzata dalla previsione di una piastra 54 di separazione dell'aria provvista sull'estremità di uscita 30 del bruciatore a doppio registro 10.

Un altro tipo di bruciatore, indicato tradizionalmente come bruciatore circolare, anticipa i bruciatori a doppio registro ed era uno dei primi bruciatori per combustibile polverizzato a turbolenza stabilizzata che è stato utilizzato per più di sei decenni. Questo bruciatore circolare differisce dal bruciatore a doppio registro per due aspetti principali. In primo luogo, i bruciatori circolari impiegano un singolo registro o smorzatore di aria per annettere l'aria secondaria. In secondo luogo, i bruciatori circolari accendendo combustibile polverizzato tipicamente impiegano una girante, situata in prossimità e regolabile assialmente rispetto ad un margine di uscita dell'ugello del bruciatore, che è utilizzata per disperdere l'aria principale ed il combustibile polverizzato nell'aria secondaria .

Sono state sviluppate diverse soluzioni di bruciatori circolari. Una soluzione di questo tipo è nota nell'industria come bruciatore a celle, in cui due {ed in alcuni casi tre) bruciatori circolari sono combinati secondo un complesso impilato verticalmente che funziona come una singola unità. La figura 2 mostra una struttura di bruciatore a due celle alte. La miscela dell'aria primaria e del polverino di carbone 20 è provvista nella zona di combustione del forno tramite il gomito del bruciatore 24, l'ugello 12 del bruciatore e la girante 58 situata su una estremità 60 di uscita dell'ugello 12 del bruciatore. L'aria secondaria 36 dalla scatola a vento 14 è provvista di un complesso 61 di registro regolabile per ciascun ugello del bruciatore 12. I complessi di registro sono regolati mediante i mezzi di azionamento 52, e la girante 58 è disposta assialmente rispetto all'estremità di uscita 60 dell'ugello 12 del bruciatore per mezzo di un albero 62 .

Il bruciatore a celle è stato soggetto di miglioramenti significativi negli ultimi anni, e la sua forma di realizzazione più recente è costituita da un progetto noto come bruciatore LNCB<®>, un marchio registrato dalla The Babcock & Wilcox Company (noto anche come bruciatore Nox Cell<™>, un marchio della The Babcock & Wilcox Company, che è stato sviluppato in cooperazione con il "Electric Power Research Institute" per ottenere la emissione di Nox ridotta. Come mostrato nelle figure 3 e 4, questo bruciatore modifica un bruciatore a due celle alte convenzionale per alimentare tutto il combustibile di polverino di carbone al bruciatore inferiore insieme ad una porzione dell'aria secondaria. L'ugello del bruciatore della cella superiore viene quindi convertito in una apertura integrale di Nox che alimenta il bilancio dell'aria secondaria in ciascuna posizione. Il bruciatore inferiore di ciascuna cella è un bruciatore circolare, ed è provvisto con la summenzionata girante 58 sul bordo esterno dell'ugello 12 del bruciatore, e può essere provvisto con ciascuno dei summenzionati deviatori 26 del carbone e diffusore 28 conico descritti in connessione con il bruciatore 10 a doppio registro di cui sopra, o in alternativa con un cono 66 di distribuzione convergente a monte di esso, situato come descritto nel seguito.

La figura 5 mostra una vista laterale in sezione trasversale dell'ugello 12 del bruciatore di un bruciatore convenzionale fabbricato dalla The Babcock & Wilcox Company. IL bruciatore comprende un ugello 12 del bruciatore ed un gomito 24 per convogliare la miscela di aria primaria e polverino di carbone 20 alla estremità di uscita del bruciatore. La girante 58, tipicamente di forma conica (alcuni disegni hanno impiegato giranti del tipo a pale) è situata alla estremità di uscita 30 dell'ugello 12 del bruciatore. La girante 58 è regolabile assialmente rispetto alla estremità di uscita 60 dell'ugello 12 del bruciatore per mezzo dell'albero 62, che può essere supportato mediante mezzi di supporto 64 in una posizione intermedia lungo l'ugello 12 del bruciatore, o mediante un piedino come mostrato nelle figure 2 e 3, e disperde la miscela di aria principale e polverino di carbone 20. Come indicato nel paragrafo immediatamente precedente, alcuni bruciatori circolari fabbricati dalla The Babcock & Wilcox Company hanno impiegato un cono 66 di distribuzione convergente in combinazione con e a valle della girante 58 per realizzare una distribuzione di combustibile desiderata che entra nella girante 58. La girante 58 è utilizzata per disperdere il carbone nell'aria di combustione secondaria in una misura desiderata e quindi influenzare la forma della fiamma. Il cono 66 di distribuzione convergente assume la forma di una metà di un cono troncoconico, fissato all'interno dell'ugello 12 del bruciatore su una sua parete interna, ed è disposto in una posizione corrispondente a 1,5 diametri di ugello (1,5 D) a valle e centrato sulla linea centrale tangenziale esterna del gomito 24 del bruciatore fissato alla estremità di ingresso 68 dell'ugello 12 del bruciatore.

L'osservazione visiva, (mostrata schematicamente in figura 6) fatta durante la prova del modello di flusso in scala di un ugello 12 di bruciatore che impiega la girante 58 del carbone menzionata in precedenza ed il cono 66 di distribuzione convergente rivela che una fune, mostrata come un'area solida 70, di particelle che scorrono attraverso di essa tende ad oscillare all'interno dell'ugello 12 del bruciatore e bypassare il cono 66 di distribuzione convergente disposto 1,5 diametri a valle rispetto al gomito 24 del bruciatore. Pertanto, il cono 66 di distribuzione convergente non rompe e spinge la fune e invischiamento 70 sulle pareti esterne dell'ugello 12 del bruciatore prima di entrare nella girante 58.

Sono state eseguite ulteriori prove per determinare le variazioni di progettazione necessarie per rompere e disperdere efficacemente una fune o invischiamento di particelle all'interno dell'ugello del bruciatore migliorando le caratteristiche di salto di pressione dell'ugello del bruciatore. I risultati di queste prove portano all'oggetto della presente invenzione.

SOMMARIO DELL'INVENZIONE

La presente invenzione risolve il problema della formazione di funi o di invischiamento delle particelle di carbone o combustibile, così come altri problemi associati con i dispositivi della tecnica anteriore, fornendo un bruciatore di combustibile polverizzato che ha un semicono di distribuzione formato e posizionato in maniera unica all'interno di un ugello del bruciatore per produrre un ugello di combustibile polverizzato perfezionato.

Nel bruciatore secondo la presente invenzione, il semicono di distribuzione è realizzato in maniera tale che la miscela di aria combustibile polverizzato (tipicamente carbone) scorra nella direzione convergente (dal diametro più largo a quello più piccolo) attraverso il cono. Il cono è realizzato come un semicono di un ugello convergente con un bordo di ingresso rivolto verso la miscela di aria e polverino di carbone che è formato in maniera da avere un bordo affilato a 30°, misurato rispetto ad un asse longitudinale dell'ugello del bruciatore. Questo bordo affilato riduce al minimo il salto di pressione lungo l'ugello del bruciatore. In contrasto alle posizioni dei coni di distribuzione convergenti della tecnica anteriore, il semicono di distribuzione della presente invenzione è montato in una parete interna dell'ugello del bruciatore appena a valle di una uscita di un gomito del bruciatore connesso ad un ingresso dell'ugello del bruciatore. Il montaggio è realizzato preferibilmente mediante due gambette di supporto aerodinamiche con la linea centrale del semicono di distribuzione che è sempre centrate con e allineata con una linea centrale tangenziale esterna del gomito del bruciatore fissato alla entrata dell'ugello del bruciatore. Il semicono di distribuzione è progettato e dimensionato in maniera tale che quando viene disposto all'interno del bruciatore, il diametro esterno della porzione più grande del semicono di distribuzione e sufficientemente inferiore ad un diametro interno del tubo dell'ugello del bruciatore per realizzare uno spazio pari a fra 1/8 e 1/4 pollici (0,31 e 0,63 cm) tra una parete esterna del cono nella porzione più larga ed una parete interna dell'ugello del bruciatore, con uno spazio pari a 3/16 pollici (0,476 cm) che è il valore ottimale.

Lo spazio critico, poiché consente che una prima parte (all'incirca il 50% quando lo spazio è di circa 3/16 pollici (0,476 cm)) della fune o invischiamento di combustibile polverizzato scorra tra la parete esterna del semicono di distribuzione e la parete interna dell'ugello del bruciatore, mentre una seconda porzione scorre oltre detto un lato del semicono di distribuzione apposto a detto spazio. In altre parole, circa la metà del combustibile polverizzato rimane nella semiparte superiore dell'ugello del bruciatore mentre, il resto del combustibile polverizzato è diretto verso il basso dal semicono di distribuzione verso la parte inferiore dell'ugello del bruciatore.

Dopo che la corrente di combustibile polverizzato si è separata e scorre attraverso il semicono di distribuzione, la maggioranza del combustibile polverizzato (70 e 80%) viene spinta verso l'esterno verso la parete interna dell'ugello di bruciatore. Questa è la distribuzione particellare desiderata per la combustione ottimale.

Un altro aspetto della presente invenzione è rivolto ad un apparecchio perfezionato per ridurre al minimo l'effetto di formazione di funi o invischiamento in un bruciatore di combustibile polverizzato adatto per la nuova costruzione così come per l'accoppiamento in bruciatori di combustibile polverizzato esistenti.

Ancora un altro aspetto della presente invenzione è rivolto ad un bruciatore di combustibile polverizzato perfezionato che un basso salto di pressione e una distribuzione della miscela del combustibile ottimizzata.

Le varie caratteristiche di novità che caratterizzano la presente invenzione sono specificate in particolare nelle rivendicazioni allegate e che fanno parte di questa descrizione. Per una migliore comprensione della presente invenzione, dei suoi vantaggi operativi e dei benefici che si ottengono mediante la sua utilizzazione, si fa riferimento ai disegni allegati e a quanto descritto, in cui sono illustrate forma di realizzazione preferite dell'invenzione.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Nei disegni:

La figura 1 è una vista laterale in sezione trasversale di un bruciatore a doppio registro della tecnica anteriore che ha un deviatore del carbone ed un diffusore conico montati;

la figura 2 è una vista laterale in sezione trasversale di un bruciatore a due celle elevate della tecnica anteriore con giranti del carbone situate alle estremità di uscita degli ugelli del bruciatore;

la figura 3 è una vista in sezione trasversale laterale di un bruciatore LNCB<® >della tecnica anteriore fabbricato dalla The Babcock & Wilcox Company, in cui l'ugello del bruciatore inferiore è provvisto di un deviatore di carbone e di un diffusore conico in una estremità di ingresso del bruciatore, e una girante del carbone situata ad una estremità di uscita dell'ugello del bruciatore; la figura 4 è una vista prospettica di un bruciatore LNCB<® >della tecnica anteriore, fabbricato dalla The Babcock & Wilcox Company, in cui l'ugello del bruciatore inferiore è provvisto di un cono di distribuzione convergente situato 1,5 diametri a valle del gomito di ingresso all'ugello del bruciatore, e una girante del carbone situata ad una estremità di uscita dell'ugello del bruciatore;

la figura 5 è una vista laterale in sezione trasversale lungo l'ugello del bruciatore di un bruciatore convenzionale fabbricato dalla The Babcock & Wilcox Company, in cui l'ugello del bruciatore è provvisto di un cono di distribuzione convergente situato 1,5 diametri a valle del gomito di ingresso dell'ugello del bruciatore, e una girante del carbone situata ad una estremità di uscita dell'ugello del bruciatore;

la figura 6 è una illustrazione schematica di osservazioni visive di una fune o invischiamento di particelle nelle sezioni A-A, B-B e C-C del bruciatore di figura 5, realizzate durante le prove del modello di flusso in scala di un ugello di bruciatore che impiega una girante della tecnica anteriore, e un cono di distribuzione convergente della tecnica anteriore posizionato secondo gli insegnamenti della tecnica anteriore ad 1,5 diametri a valle di un gomito del bruciatore;

la figura 7 mostra una vista dal basso di un semicono di distribuzione secondo la presente invenzione;

la figura 8 è una vista di estremità del semicono di distribuzione di figura 7;

la figura 9 è una vista laterale del semicono di distribuzione di figura 7;

la figura 10 è una vista laterale di un ugello del bruciatore che mostra il posizionamento unico del semicono di distribuzione della presente invenzione all'uscita del gomito del bruciatore;

la figura 11 è una vista di estremità presa nella direzione delle frecce A-A di figura 10 che mostra l'orientamento delle linee centrali superiori del semicono di distribuzione e del gomito del bruciatore allineati, senza dover tener conto dell'orientamento del gomito rispetto ala forza di gravità;

la figura 12 è una vista ingrandita della porzione cerchiata di figura 10 che mostra il montaggio del semicono di distribuzione della presente invenzione in un ugello del bruciatore per realizzare tra di essi uno spazio;

la figura 13 è una vista ulteriore ingrandita della porzione cerchiata di figura 10 che mostra lo spazio in maggiore dettaglio;

la figura 14 mostra il flusso delle particelle oltre il semicono di distribuzione della presente invenzione installato nell'ugello del bruciatore delle figure da 10 a 13; e

la figura 15 mostra un montaggio alternativo del semicono di distribuzione della presente invenzione in un ugello del bruciatore.

DESCRIZIONE DELLE FORME DI REALIZZAZIONE PREFERITE

La presente descrizione ha lo scopo di descrivere la forma di realizzazione preferita della presente invenzione ma non deve essere intesa come limitativa della stessa. Riferimenti numerici simili rappresentano gli stessi elementi o elementi funzionalmente simili in tutti i diversi disegni.

Con riferimento particolare alla tecnica anteriore mostrata nelle figure 1-6, si vede che i tentativi precedenti per risolvere la formazione di funi o di invischiamento di carbone utilizzavano alcuni dispositivi di spinta per spingere il polverino di carbone verso l'esterno verso una superficie di parete interna dell'ugello 12 del bruciatore prima dell'uscita del combustibile dall'ugello 12 del bruciatore per la combustione. Il cono 66 di distribuzione convergente, posizionato 1,5 diametri D a valle del gomito 24 del bruciatore, serviva per realizzare la distribuzione di polverino di carbone desiderata prima dell'ingresso nella girante 58 del carbone situata alla estremità 60 di uscita dell'ugello 12 del bruciatore. La girante 58 del carbone disperde la corrente di polverino di carbone verso l'esterno nell'aria di combustione secondaria per realizzare una lunghezza e/o una forma di fiamma desiderate.

Come mostrato nelle figure 5 e 6, l'osservazione visiva recente {mostrata schematicamente in figura 6) realizzata durante le prove del modello di flusso in scala di un ugello 12 del bruciatore che impiega la girante 58 del carbone summenzionata e il cono 66 di di distribuzione convergente rivela che una fune o invischiamento, mostrato come area solida 70, di particelle che scorrono attraverso di esso tende ad oscillare all'interno dell'ugello 12 del bruciatore e a bypassare il cono 66 di distribuzione convergente disposto 1,5 diametri a valle del gomito 24 del bruciatore. Pertanto, il cono 66 di distribuzione convergente viene bypassato in maniera efficace quando il cono 66 di distribuzione convergente è situato 1,5 diametri D a valle del gomito 24 e non rompe e spinge la fune 70 o invischiamento sulla parete esterna dell'ugello 12 del bruciatore prima di entrare nella girante 58. Nel senso qui utilizzato, "diàmetro" si riferisce alla dimensione D del diametro interno dell'ugello 12 del bruciatore.

Con riferimento alle figure 5 e 6, si vede che la fune di particelle 70 appare nella parte anteriore della parte superiore del cono 66 di distribuzione convergente quando esce dal gomito 24 in corrispondenza della sezione A-A. All'ingresso del cono 66 di distribuzione convergente, come si vede nella sezione B-B, la fune o invischiamento 70 è al di sotto del cono 66 di distribuzione convergente. Pertanto, la fune 70 non passa dal cono 66 di distribuzione convergente e non viene distribuita attorno alla parete esterna dell'ugello 12 del bruciatore. La sezione C-C dell'ugello 12 del bruciatore verifica che la fune 70 bypassa il cono 66 di distribuzione convergente mostrando che la fune 70 non è distribuita uniformemente all'uscita C-C del cono 66 di distribuzione convergente. Si noterà che le particelle utilizzate nella osservazione visiva non erano particelle di carbone, ma piccole particelle di resina vinilica che avevano una dimensione ed una densità comparabili con le particelle di carbone che vengono convogliate da un ugello 12 del bruciatore durante il funzionamento del bruciatore .

Sono state eseguite ulteriori prove per determinare le variazioni di progettazione necessarie per rompere e distribuire efficacemente una fune o invischiamento di particelle all'interno dell'ugello 12 del bruciatore migliorando le caratteristiche del salto di pressione dell'ugello del bruciatore. Questa prova porta allo sviluppo di un elemento 80 allungato semiconico di distribuzione configurato in maniera unica che è disposto in maniera unica nell'ugello 12 del bruciatore per realizzare un ugello di bruciatore con salto di pressione basso con una distribuzione più uniforme del combustibile.

Le figure da 7 a 9 descrivono alcune caratteristiche del semicono 80 di distribuzione secondo la presente invenzione. Il semicono 80 è realizzato preferibilmente in materiale ceramico resistente all'erosione come metà di ugello 82 convergente avente uno spessore sostanziale di circa 0,5 pollici (1,77 cm). La lunghezza L ed il diametro D erano proporzionati con un rapporto ottimale di L-1,6 D, il quale rapporto è stato determinato su basi empiriche. Un bordo di ingresso 84 del semiugello 82 convergente viene tagliato in maniera da avere una inclinazione marginale affilata, desiderabilmente compresa entro un campo di circa tra 15° e 45°, e preferibilmente 30°, per ridurre al minimo il salto di pressione quando la miscela 20 di combustibile polverizzato ed aria scorre attraverso di esso all'interno dell'ugello 12 del bruciatore. Si forma una uscita 85 con una apertura di 0,6 D.

Il semicono 80 di distribuzione ha una coppia di gambette 86 di supporto di montaggio allungate aerodinamiche che possono essere saldate o fissate alla parete interna dell'ugello 12 del bruciatore per il montaggio del semicono 80 di distribuzione.

Ciascuna gambetta 86 di montaggio aerodinamica è realizzata preferibilmente integralmente con il semiugello 82 convergente e è realizzata con lo stesso materiale ceramico resistente all'erosione. Ciascuna gambetta 86 ha un bordo 88 di ingresso formato con un angolo che è compreso desiderabilmente entro un campo di circa da 15° a 45°, e preferibilmente 30°, per ridurre al minimo il salto di pressione durante il flusso della miscela 20 di combustibile polverizzato ed aria oltre le gambette di montaggio 86. Per lo stesso motivo, questa gambette 86 sono state empiricamente ottimizzate in maniera da avere una larghezza di 0,5 pollici (1,77 cm) e una lunghezza di L/2 con le gambette 86 disposte a 90° una rispetto all'altra ad una distanza di L/4 dal bordo di ingresso 84 del semiugello 82 convergente .

Il semicono 80 di distribuzione è disposto nell'ugello 12 del bruciatore, montato sulla parete interna dell'ugello 12 del bruciatore immediatamente all'uscita del gomito del bruciatore 24, piuttosto che a 1,5 diametri D come nei dispositivi della tecnica anteriore, mediante saldatura o fissaggio delle gambette di supporto 86 all'ugello 12 del bruciatore. Come è mostrato nelle figure 10 e 11, la linea centrale superiore del semicono di distribuzione è orientata in maniera da essere allineata con la linea centrale superiore del gomito 24 del bruciatore, senza dover tenere conto dell'orientamento del gomito del bruciatore 24 rispetto alla forza di gravità, e in maniera da avere il bordo di ingresso 84 rivolto verso l'esterno di e in prossimità della uscita del gomito 24 del bruciatore. Come mostrato nelle figure da 12 a 14, si mantiene uno spazio 90 compreso tra 1/8 pollici e 1/4 pollici (0,31 e 0,63 cm) tra la parete 92 interna dell'ugello 12 del bruciatore ed un bordo 93 superiore del semicono 80, con uno spazio di 3/16 pollici (0,476 era) che è il valore ottimale. Questo spazio 90 è critico per il funzionamento dell'invenzione poiché consente che una prima porzione (circa il 50% quando lo spazio è circa 3/16 pollici (0,476 cm)) della fune di carbone che esce dal gomito 24 del bruciatore scorra tra una parete esterna 94 del semiugello 82 convergente e la parete interna 92 dell'ugello 12 del bruciatore come mostrato in figura 14, mentre una seconda porzione scorre oltre un lato di detto semicono 80 di distribuzione opposto a detto spazio 90; ovverosia l'altro 50% della fune o invischiamento del carbone scorre attraverso il semicono di distribuzione 80 lungo una sua parete interna 96. Dopo l'uscita dal semicono 80 di distribuzione, la corrente di carbone polverizzato si ricombina in maniera da avere la maggior parte del combustibile di polverina di carbone (fra il 70 e l'80%) spinto verso l'esterno verso la parete interna 92 dell'ugello 12 del bruciatore. Questa è la distribuzione particellare desiderata per una combustione del bruciatore ottimale,

Un confronto con i dispositivi della tecnica anteriore delle figure 1-6 mostrerà che il semicono 80 può essere adattato facilmente a questo tipo di bruciatori per ottenere un bruciatore con un salto di pressione inferiore, una minore formazione dell'effetto fune del carbone, e una vita maggiore a causa della struttura in materiale ceramico e del posizionamento unico del semicono 80 di distribuzione .

Esistono configurazioni di linee di bruciatori in cui il montaggio del semicono 80 di distribuzione in una posizione fissa non sarebbe desiderabile a causa dei problemi relativi al controllo dell'emissione. In questi casi, il semicono 80 di distribuzione può essere disposto entro l'ugello 12 del bruciatore tramite una doppia asta e tenuta all'apertura 98 come mostrato in figura 15. Qui, le gambette di supporto di montaggio 86 del semicono 80 di distribuzione sono rimosse, e vengono connessi tre puntoni 100 ad un collare ad anello 102 ed utilizzati per posizionare il semicono di distribuzione 80 sulla doppia tenuta 98 ad asta ed apertura. La doppia tenuta 98 è progettata in maniera tale che il semicono di distribuzione 80 può essere disposto entro l'ugello 12 del bruciatore indipendentemente dalla posizione assiale di una girante 58, se si è determinato che dovrebbe essere usata una girante 58 per controllare la forma della fiamma. La tenuta 98 a doppia asta e apertura è stata utilizzata con successo su altri progetti di bruciatori con pistole ad olio e giranti che corrono lungo la linea centrale assiale dell'ugello 12 del bruciatore. Una prima asta 104 montata in maniera scorrevole viene utilizzata per posizionare assialmente il semicono di distribuzione 80 fissato ad essa, mentre una seconda asta 106 montata scorrevolmente viene utilizzata per posizionare assialmente una girante, una pistola ad olio o altra apparecchiatura fissata ad essa.

Certi miglioramenti e modifiche sono stati omessi per ragioni concisione e leggibilità ma devono essere intesi come rientranti nell'ambito di protezione delle rivendicazioni che seguono. Come esempio, sebbene la fabbricazione dell'invenzione con materiali ceramici resistenti all'usura sia preferita per ottenere una maggiore resistenza all'usura ed una più lunga vita operativa, l'invenzione può essere fabbricata con carbonio o acciaio inossidabile. Ciò determinerà una fabbricazione più semplice (termoformatura e saldatura standard) a costi più bassi. Inoltre, sebbene la presente invenzione sia stata mostrata e descritta come applicabile con procedimenti di combustione di polverino di carbone e a relativi apparecchi, gli esperi nel ramo comprenderanno con facilità che l'invenzione può fornire effetti simili di distribuzione con altri combustibili polverizzati che hanno dimensioni particellari e densità simili. I termini, "formazione di funi" o "invischiamento del carbone" o "formazione di funi del combustibile o invischiamento del combustibile" vengono utilizzati in senso ampio per comprendere qualsiasi tipo di azione sulle particelle del combustibile in cui si verifica una separazione indesiderabile delle particelle del combustibile all'interno dell'ugello del bruciatore. Sebbene siano state mostrate e descritte in dettaglio forma di realizzazione preferite e applicazioni specifiche dell'invenzione per illustrare l'applicazione dei princìpi dell'invenzione, si comprenderà che l'invenzione può essere realizzata in altra maniera e/o applicata a vari tipi di combustibili polverizzati o granulari senza uscire dai princìpi dell'invenzione, e tutte queste varianti rientrano nell'ambito di protezione e negli equivalenti delle rivendicazioni che seguono.

Claims (25)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchio per ridurre al minimo l'effetto "roping" o di invischiamento del combustibile in un bruciatore per combustibile polverizzato, comprendente : un semicono di distribuzione realizzato in maniera da avere una entrata di un primo diametro ed una uscita di un secondo diametro più piccola rispetto a detto primo diametro, detta entrata essendo realizzata come un ugello a bordo affilato per ridurre al minimo il salto di pressione attraverso detto semicono di distribuzione per lo scorrimento di combustibile polverizzato attraverso di esso; e mezzi di montaggio per montare detto semicono di distribuzione entro un ugello del bruciatore del bruciatore per combustibile polverizzato.
2. 2. Apparecchio per ridurre al minimo l'effetto di "roping" o invischiamento su combustibile secondo la rivendicazione 1 in cui detto semicono di distribuzione è realizzato a partire da materiale ceramico di spessore sostanziale e detta entrata è realizzata con un angolo compreso tra circa 15° e 45° da un bordo esterno di detta entrata lungo lo spessore sostanziale ad un diametro interno di detto semicono di distribuzione per formare una inclinazione a bordo affilato all'ingresso dell'ugello.
3. 3. Apparecchio per ridurre al minimo l'effetto di "roping" o invischiamento del combustibile secondo la rivendicazione 2, in cui detta entrata è realizzata con un angolo di circa 30° da un bordo esterno di detta entrata lungo lo spessore sostanziale verso un diametro interno di detto semicono di distribuzione per formare una inclinazione con bordo affilato all'ingresso dell'ugello.
4. 4. Apparecchio per ridurre al minimi l'effetto di "roping" del combustibile secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di montaggio comprendono una coppia di elementi allungati aerodinamici realizzati lungo una parte superiore di detto semicono di distribuzione per il montaggio di detto semicono di distribuzione entro l'ugello del bruciatore di detto bruciatore del combustibile polverizzato per realizzare uno spazio compreso tra circa 1/4 e 1/8 pollici (0,63 e 0,31 cm) tra una parete interna dell'ugello del bruciatore e un bordo superiore di detta entrata di detto semicono di distribuzione.
5. 5. Apparecchio per ridurre al minimo l'effetto di "roping" o invischiamento del combustibile secondo la rivendicazione 4 in cui detta coppia di elementi allungati aerodinamici realizzati lungo una parte superiore di detto semicono di distribuzione realizzano uno spazio pari a circa 3/16 pollici (0,476 cm) tra una parete interna dell'ugello del bruciatore ed un bordo superiore di detta entrata di detto semicono di distribuzione.
6. 6. Apparecchio per ridurre al minimo l'effetto di "roping" o invischiamento del combustibile secondo la rivendicazione 4 in cui ciascuno di detti elementi allungati ha un bordo di ingresso realizzato con un angolo compreso tra circa 15° e 45° su detto lato di ingresso di detto semicono di distribuzione.
7. 7. Apparecchio per ridurre al minimo l'effetto di "roping" o invischiamento del combustibile secondo la rivendicazione 6, in cui detto bordo di ingresso è realizzato all'incirca con un angolo di 30° su detto lato di ingresso di detto semicono di distribuzione.
8. 8. Apparecchio per ridurre al minimo l'effetto di "roping" o invischiamento del combustibile secondo la rivendicazione 4, in cui ciascuno di detti elementi allungati aerodinamici è all'incirca la metà della lunghezza di detto semicono di distribuzione e ha un bordo di ingresso realizzato con un angolo compreso tra circa 15° e 45° su detto lato di ingresso che si estende lungo la parte superiore di detto semicono do distribuzione di una distanza pari ad un quarto della lunghezza di detto semicono di distribuzione dal suo lato di entrata.
9. 9. Apparecchio per ridurre al minimo l'effetto di "roping" o invischiamento del combustibile secondo la rivendicazione 8, in cui ciascuno di detti bordi di ingresso è realizzato con un angolo di circa 30° su detto lato di ingresso di detto semicono di distribuzione .
10. 10. Apparecchio per ridurre al minimo l'effetto di "roping" o invischiamento del combustibile secondo la rivendicazione 4, in cui detti elementi allungati aerodinamici sono distanziati di circa 90° uno dall'altro .
11. 11. Bruciatore per combustibile polverizzato comprendente : una entrata del combustibile, una sezione a gomito connessa a detta entrata del combustibile, ed un ugello del bruciatore sostanzialmente circolare, allungato connesso a detta sezione a gomito per scaricare un flusso di combustibile polverizzato per la combustione; e un semicono di distribuzione montato all'interno di detto ugello di bruciatore sull'uscita di detta sezione a gomito in maniera da realizzare uno spazio tra detto ugello del bruciatore e detto semicono di distribuzione per separare il flusso di combustibile polverizzato in una prima parte che scorre attraverso detto spazio ed una seconda parte che scorre oltre un lato di detto semicono di distribuzione opposto a detto spazio.
12. 12. Bruciatore per combustibile polverizzato secondo la rivendicazione 11, in cui detto semicono di distribuzione è montato entro l'ugello del bruciatore in maniera tale che una linea centrale superiore del semicono di distribuzione sia orientata in maniera da essere allineata con una linea centrale superiore del gomito del bruciatore, senza dover tenere conto dell'orientamento del gomito del bruciatore rispetto alla forza di gravità.
13. 13. Bruciatore per combustibile polverizzato secondo la rivendicazione 11, in cui detto spazio è compreso tra circa 1/4 e 1/8 pollici (0,63 e 0,31 cm) per separare il flusso di combustibile polverizzato in una prima parte che scorre attraverso detto spazio ed una seconda parte che scorre oltre un lato di detto semicono di distribuzione opposto a detto spazio.
14. 14. Bruciatore per combustibile polverizzato secondo la rivendicazione 13 in cui detto spazio è all'incirca pari a 3/16 pollici (0,476 cm) per realizzare una separazione 50/50 della prima e della seconda parte di combustibile polverizzato che scorre attraverso detto spazio ed oltre un lato di detto semicono di distribuzione opposto a detto spazio.
15. 15. Bruciatore per combustibile polverizzato secondo la rivendicazione 11 in cui detta entrata di detto semicono di distribuzione è realizzata come un ugello a bordo affilato per ridurre al minimo il salto di pressione lungo detto semicono di distribuzione del combustibile polverizzato che scorre attraverso di esso.
16. 16. Bruciatore per combustibile polverizzato secondo la rivendicazione 11 in cui detto semicono di distribuzione è realizzato in materiale ceramico con uno spessore sostanziale e detta entrata è realizzata con un angolo compreso tra circa 15° e 45° da un bordo esterno di detta entrata lungo lo spessore sostanziale ad un diametro interno di detto semicono di distribuzione per formare una inclinazione del bordo affilato sulla entrata dell'ugello.
17. 17. Bruciatore per combustibile polverizzato secondo la rivendicazione 16, in cui detta entrata è realizzata con un angolo di circa 30° rispetto ad un bordo esterno di detta entrata lungo lo spessore sostanziale verso un diametro interno di detto semicono di distribuzione per formare una inclinazione di bordo affilata all'entrata dell'ugello.
18. 18. Bruciatore per combustibile polverizzato secondo la rivendicazione 11, comprendente mezzi di montaggio per il montaggio di detto semicono di distribuzione entro detto ugello del bruciatore per realizzare detto spazio.
19. 19. Bruciatore per combustibile polverizzato secondo la rivendicazione 18, in cui detta coppia di elementi allungati aerodinamici formati lungo una parte superiore di detto semicono di distribuzione realizzano uno spazio completo tra circa 1/4 e 1/8 pollici (0,63 e 0,31 cm) tra una parete interna dell'ugello del bruciatore e un bordo superiore di detta entrata di detto semicono di distribuzione.
20. 20. Bruciatore per combustibile polverizzato secondo la rivendicazione 19 in cui detti mezzi di montaggio comprendono una coppia di elementi allungati aerodinamici realizzati lungo una parte superiore di detto semicono di distribuzione per il montaggio di detto semicono di distribuzione all'interno dell'ugello del bruciatore di detto bruciatore per il combustibile polverizzato per realizzare uno spazio di circa 3716 pollici (0,476 cm) tra una parete interna dell'ugello del bruciatore ed un bordo superiore di detta entrata di detto semicono di distribuzione.
21. 21. Bruciatore per combustibile polverizzato secondo la rivendicazione 11, comprendente una coppia di elementi allungati aerodinamici per il montaggio di detto semicono di distribuzione entro detto ugello del bruciatore per realizzare detto spazio, ed in cui ciascuno di detti elementi allungati ha un bordo di ingresso realizzato con un angolo entro un campo compreso tra circa 15 e 45° su detto lato di ingresso di detto semicono di distribuzione.
22. 22. Bruciatore per combustibile polverizzato secondo la rivendicazione 21, in cui ciascuno di detti elementi allungati ha un bordo di ingresso formato con un angolo di circa 30° rispetto a detto lato di ingresso di detto semicono di distribuzione.
23. 23. Bruciatore per combustibile polverizzato secondo la rivendicazione 19, in cui ciascuno di detti elementi allungati aerodinamici è all'incirca la metà della lunghezza di detto semicono di distribuzione ed ha un bordo di ingresso realizzato con un angolo compreso tra circa 15° e 45° su detto lato di ingresso che si estende lungo la parte superiore di detto semicono di distribuzione di una distanza pari ad un quarto della lunghezza di detto semicono di distribuzione dal suo lato di ingresso.
24. 24. Bruciatore per combustibile polverizzato secondo la rivendicazione 23, in cui detto bordo di ingresso è realizzato con un angolo di circa 30° su detto lato di ingresso.
25. 25. Bruciatore per combustibile polverizzato secondo la rivendicazione 21, in cui detti elementi allungati aerodinamici sono distanziati uno dall'altro di circa 90°.