PL163597B1 - Palnik zgazowujacy do reaktorowych urzadzen zgazowujacych paliwa stale PL - Google Patents

Abstract

1 . Palnik zgazowujacy do reaktorowych urzadzen zgazowujacych paliwa stale od drobnoziarnistych do pylowych, gdzie wytracony z wytwarzanego surowego gazu suchy pyl lotny jest doprowadzany do procesu zga- zowania, z centralnie umieszczonym urzadzeniem dop- rowadzajacym pierwotne czynniki utleniajace 1 paliwa, które sa wprowadzane w strumieniu gazu nosnego, z otaczajacym centralne urzadzenie doprowadzajace pier- scieniowym kanalem doprowadzajacym wtórne czynniki utleniajace oraz z umieszczona w osi symetrii centralnego urzadzenia doprowadzajacego pierscieniowa lance wtry- skowa do wprowadzania pylu lotnego w strumieniu gazu nosnego w rdzen wyplywajacego z palnika zgazowuja- cego strumienia mieszaniny paliwa i czynnika reaguja- cego, znamienny tym, ze jego centralnie umieszczone urzadzenia doprowadzajace posiada pierwszy kanal pier- scieniowy (1) do doprowadzania pierwotnego czynnika utleniajacego oraz otaczajacy go kanal pierscieniowy (2) do doprowadzania paliw w strumieniu gazu nosnego, a lanca wtryskowa (6) jest otoczona kanalem pierscienio- wym (7) do doprowadzania czynnika utleniajacego, zas kanal pierscieniowy (7), jest otoczony kanalem pierscie- niowym (1) do doprowadzania pierwotnego czynnika utleniajacego, przy czym kanal pierscieniowy (7) jest na calej swej dlugosci równolegly do osi symetrii palnika, kanal pierscieniowy ( 1)jest na swym wylotowym odcinku (9) odchylony od osi symetrii na zewnatrz, natomiast kanal pierscieniowy (3) doprowadzajacy wtórny czynnik utleniajacy jest na swym wylotowym odcinku (10) odchy- lony od osi symetrii ku wewnatrz, a ponadto kanal pier- scieniowy (3) jest na swym wylocie zamkniety czolowa scianka posiadajaca na calym swym obwodzie równo- miernie rozmieszczone otwory (11). Fig. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest palnik zgazowujący do reaktorowych urządzeń zgazowujących paliwa stałe od drobnoziarnistych do pyłowych, gdzie wytrącony z wytwarzanego surowego gazu suchy pył lotny jest doprowadzany do procesu zgazowania, z centralnie umieszczonym urządzeniem doprowadzającym pierwotne czynniki utleniające i paliwa, które są wprowadzane w strumieniu gazu nośnego, z otaczającym centralne urządzenie doprowadzające pierścieniowym kanałem doprowadzającym wtórne czynniki utleniające oraz z umieszczoną w osi symetrii centralnego urządzenia doprowadzającego pierścieniową lancę wtryskową do wprowadzania pyłu lotnego w strumieniu gazu nośnego w rdzeń wypływającego z palnika zgazowującego strumienia mieszaniny paliwa i czynnika reagującego.

Zasadniczo, palnik zgazowujący posiada budowę symetryczną. Zgazowanie paliw odbywa się pod ciśnieniem. Paliwami stałymi są szczególnie węgiel, koks, koks naftowy i im podobne. Jako czynniki utleniające są stosowane szczególnie tlen i/lub powietrze oraz ewentualnie para wodna. Gazem nośnym jest gaz obojętny na przykład azot lub dwutlenek węgla lub odpylony gaz surowy. W określeniu strumień paliwa/czynnik reagujący, wyrażenie czynnik reagujący oznacza zarówno czynnik utleniający jak również już wytworzone produkty reakcji, a niekiedy również gaz spowalniający i gaz nośny. Jak wiadomo, opuszczający reaktor gaz surowy prowadzi z sobą lotny pył w ilości odpowiadającej do 15% wagowych paliwa. Lotny pył jest usuwany z surowego gazu za pomocą stosowanych urządzeń odpylających, co jest zabiegiem kosztownym.

163 597

Znane jest by dla pozbycia się pyłu lotnego zawracać go do procesu zgazowania, gdzie jego części palne zostają spalone, a pozostała reszta stopiona. Według znanych z opisów patentowych EP 0072457B1 i EP 0 109 109B1 sposobów, lotny pył jest mieszany ze świeżym paliwem i wraz z nim doprowadzony do palników zgazowujących. Jest to kosztowne i wymaga specjalnego przygotowania pyłu lotnego z zastosowaniem dużych i skomplikowanych urządzeń technicznych oraz podjęcia znacznych czynności zabezpieczających. Pory lub luki w pyle lotnym są wypełnione surowym gazem zawierającym tlenek węgla oraz wodór, który na początku, poprzez wielokrotne wyciskanie i przemywanie gazem obojętnym musi być rozcieńczony poniżej granicy niebezpieczeństwa lub usunięty.

Postępowanie z gazem surowym wydzielonym z pyłu lotnego jest również kłopotliwe i kosztowne ponieważ gaz ten często zawiera siarkę i dlatego, ze względu na ochronę środowiska nie może być spalany w postaci pochodni lub w inny sposób lub wypuszczany do atmosfery. Niekorzystnym jest również to, że pył lotny domieszany do świeżego paliwa obniża jego wartość opałową co wywiera wpływ na termodynamikę i kinetykę reakcji procesu zgazowania. Z niemieckiego opisu patentowego nr DE 2904008 C2 znane jest zawracanie lotnego pyłu do reaktora zgazowującego i to poprzez specjalne dysze doprowadzające oddzielone od palników zgazowujących. Wpływa to jednak ujemnie na przebieg zgazowania i w praktyce prawie nie znalazło zastosowania. W praktyce stosuje się raczej sposób ujawniony w niemieckim opisie patentowym nr DE-AS 2 325 204, według którego pył lotny wdmuchuje się na żużel przy czym węgiel resztkowy przechodzi z reguły do żużla.

Znane są różne rozwiązania palników zgazowujących. W praktyce szczególnie znane są palniki o konstrukcji opisanej na wstępie. Zwykle, takie palniki zgazowujące są zintegrowane z palnikami zapłonowymi.

Zadaniem wynalazku jest opracowanie takiego palnika zgazowującego, który pozwalałby na wprowadzenie pyłu lotnego, a szczególnie pyłu lotnego powstającego w urządzeniu do zgazowania paliw stałych do procesu zgazowania, bez zakłócenia tego procesu.

Zadanie zostało według wynalazku rozwiązane przez to, że centralnie umieszczone w palniku urządzenie doprowadzające posiada pierwszy kanał pierścieniowy do doprowadzania pierwotnego czynnika utleniającego oraz otaczający go kanał pierścieniowy do doprowadzania paliw w strumieniu gazu nośnego, a lanca wtryskowa jest otoczona kanałem pierścieniowym do doprowadzania czynnika utleniającego, a ten z kolei jest otoczony kanałem pierścieniowym do doprowadzania pierwotnego czynnika utleniającego, przy czym kanał pierścieniowy do doprowadzania czynnika utleniającego jest na całej swej długości równoległy do osi symetrii palnika, kanał pierścieniowy do doprowadzania pierwotnego czynnika utleniającego jest na swym wylotowym odcinku odchylony od osi symetrii na zewnątrz, natomiast kanał pierścieniowy do doprowadzania wtórnego czynnika utleniającego jest na swym wylotowym odcinku odchylony od osi symetrii ku wewnątrz i jest on na swym wylocie zamknięty czołową ścianką posiadającą na całym swym obwodzie równomiernie rozmieszczone otwory. W dalszym rozwinięciu wynalazku lanca wtryskowa wraz ze swoim wylotem jest osadzona poosiowo przestawnie.

Zgodnie z wynalazkiem pomiędzy kanałem pierścieniowym do doprowadzania pierwotnego czynnika utleniającego i kanałem pierścieniowym do doprowadzania paliwa jest umieszczony pierścieniowy kanał chłodzący. Korzystnie jest gdy lanca wtryskowa, kanał pierścieniowy do doprowadzania pierwotnego czynnika utleniającego oraz pierścieniowy kanał chłodzący tworzą jedną jednolitą część konstrukcyjną, która jest oddzielona pierścieniowym kanałem chłodzącym od pozostałych części konstrukcyjnych palnika, i która jest osadzona poosiowo przestawnie. Przez taką konstrukcję palnika uzyskuje się to, że wycofany pył lotny dostaje się do strefy reakcji pierwotnej poosiowej temperaturę 2000°C i tam zostaje stopiony, a jego części palne ulegają zgazowaniu.

Poosiowe umieszczenie lancy wtryskowej w pierwszym kanale doprowadzającym, prowadzi do powstania symetrycznego kołowego strumienia paliwo/czynnik reagujący. Wynalazek wykorzystuje fakt, że strumień paliwo/czynnik reagujący, który opuszcza palnik zgazowujący, a szczególnie pierścieniowy strumień paliwo/czynnik reagujący, jest z punktu widzenia dynamiki gazowej bardzo stabilny i może doprowadzać strumień popiołu lotnego do strefy reakcji pierwotnej. Reakcja zgazowywania rozpoczyna się już w strumieniu paliwo/czynnik reagujący i zarówno tu jak

163 597 i w strefie reakcji pierwotnej nie jest zakłócona przez pył lotny co przyczynia się do zgazowania węgla resztkowego. Ilościowo, strumień pyłu lotnego nie powinien być jednak zbyt wielki. Stwierdzono, że pył lotny nie jest silniej odprowadzany ze strefy reakcji pierwotnej niż zwykle i nie ulega wzbogaceniu. Przy zastosowaniu palników zgazowujących według wynalazku nie jest już konieczne specjalne pozbywanie się pyłu lotnego, który w większości zostaje stopiony na żużel.

Wynalazek stwarza liczne możliwości dalszego rozwijania i kształtowania palników. Z reguły przyjmuje się rozwiązanie, w którym wylot lancy wtryskowej znajduje się na czole palników w obszarze wylotów pierwszego kanału doprowadzającego, kanału paliwowego oraz drugiego kanału doprowadzającego. Korzystne rozwiązanie wynalazku zezwalające na ustawianie odpowiednio do warunków pracy cechuje się tym, że lanca wtryskowa, a tym samym jej wylot jest przestawiana w kierunku osiowym.

W palniku zgazowującym według wynalazku, lanca wtryskowa może być omywana przez pierwotny czynnik utleniający. Odpowiednio do prędkości przepływu, również i w tym rozwiązaniu zapewnia się to, że pył lotny dostaje się do strefy reakcji pierwotnej i nie zakłóca przebiegu gazyfikacji. Warunki bardziej stabilne uzyskuje się jeżeli lanca wtryskowa jest otoczona kanałem dla czynnika utleniającego, a ten z kolei jest otoczony przez pierwszy kanał doprowadzający. Jak już wspomniano, zgodnie z wynalazkiem nie należy doprowadzać do palnika zgazowującego zbyt dużego ilościowo strumienia pyłu lotnego. Tym niemniej istnieje możliwość dokonywania regulacji w szerokim zakresie. Korzystne, w związku z powyższym, jest to, że lanca wtryskowa jest przystosowana do doprowadzania strumienia pyłu lotnego, który ilościowo jest mniejszy niż 0,01 do 0,15 strumienia paliwowego. W takim zakresie można zawrócić i skierować z powrotem z reguły całość pyłu lotnego powstającego w urządzeniu do zgazowania drobnoziarnistych do pylistych paliw stałych i to wraz z zawartym w nim paliwem.

Przedmiot wynalazku zostanie dokładniej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia palnik zgazowujący w przekroju poosiowym a fig. 2 - palnik z fig. 1 w widoku z góry.

Pokazany na figurach palnik zgazowujący jest przeznaczony dla niepokazanego urządzenia do zgazowania paliw stałych drobnoziarnistych do pylistych. Urządzenie posiada reaktor zgazowujący. Szereg palników zgazowujących wnika swoimi palącymi się strumieniami paliwo/czynnik reagujący do wnętrza reaktora zgazowującego i w tym celu jest z reguły rozmieszczonych na jednakowej wysokości i w jednakowych odległościach wzdłuż obwodu reaktora zgazowującego. Strumienie paliwo/czynnik reagujący tworzą w reaktorze zgazowującym strefę reakcji pierwotnej o wysokiej temperaturze. Jest zrozumiałym, że z reaktora zgazowującego jest odciągany gaz surowy.

Na zasadniczą konstrukcję palnika zgazowującego składają się: pierwszy kanał pierścieniowy 1 do doprowadzenia pierwotnego czynnika utleniającego, otaczający go pierścieniowy kanał paliwowy 2 dla paliw, które są wprowadzane przez gaz nośny, otaczający pierścieniowy kanał paliwowy 2 drugi kanał pierścieniowy 3 do doprowadzania wtórnego czynnika utleniającego oraz pierścieniowy kanał chłodzący 4 również w razie potrzeby co najmniej jeden kanał pierścieniowy 5 dla gazu spowalniającego.

W pierwszym kanale pierścieniowym 1 znajduje się rurowa lanca wtryskowa 6 omywana czynnikiem utleniającym. Poprzez lancę wtryskową 6 może być wtryskiwany w rdzeń strumienia paliwo/czynnik reagujący strumień mieszaniny pyłu lotnego i gazu nośnego. Gazem nośnym jest na przykład gaz surowy. W pokazanym przykładzie, lanca wtryskowa 6 kończy się w obszarze wylotów pierwszego kanału pierścieniowego 1, kanału pierścieniowego 2 do doprowadzania paliwa oraz drugiego kanału pierścieniowego 3, a tym samym na czole palników zgazowujących. Dołącza do tego lejkowate zakończenie. Lanca wtryskowa 6 przebiega w osi palnika zgazowującego. Może być ona przestawiana osiowo zgodnie z wrysowaną podwójną strzałką, co zezwala na jej dopasowanie do różnych warunków pracy.

W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku, lanca wtryskująca 6 jest otoczona kanałem dla czynnika utleniającego 7, a ten jest otoczony pierwszym kanałem pierścieniowym 1. Kanał 7 dla czynnika utleniającego posiada wylot 8 skierowany równolegle do osi palnika zgazowującego i odpowiednio do tego środek utleniający, który opuszczając kanał utleniający otacza strumień pyłu

163 597 lotnego. Pierwszy kanał pierścieniowy 1 posiada z kolei wylot 9 skierowany na zewnątrz, natomiast wylot 10 drugiego kanału pierścieniowego 3 jest skierowany do wewnątrz, tak jak zwykle ma to miejsce w palnikach zgazowujących opisanych na wstępie. Zgodnie z wynalazkiem, drugi kanał pierścieniowy 3 jest zaopatrzony w szereg otworów wylotowych 11 równomiernie rozstawionych wzdłuż obwodu, tak jak to zaznaczono na fig. 2. Wszystkie pozostałe wyloty mają postać szczelin pierścieniowych. Pomiędzy pierwszym kanałem pierścieniowym 1, a kanałem pierścieniowym 2 do doprowadzania paliwa znajduje się pierścieniowy kanał chłodzący 4. Zaznaczono czujnik płomienia 12, który w znany sposób może nadzorować palnik zgazowujący. Zastosowano zewnętrzny płaszcz chłodzący 13 z dalszymi kanałami chłodzącymi 4. W ramach wynalazku można wewnątrz lancy wtryskowej 6 umieścić izolowaną elektrodę zapłonową 14, którą zaznaczono linią kropkowaną-kreskowo u wylotu lancy wtryskowej 6.

W korzystnym rozwiązaniu wynalazku, lanca wtryskowa 6, kanał pierścieniowy 7 dla czynnika utleniającego, pierwszy kanał pierścieniowy 1 oraz kanał chłodzący 4 znajdują się w jednym jednolitym zespole zaznaczonym przez zakreskowanie, i może on być przesuwny osiowo. W ten sposób, wynalazczy palnik zgazowujący składa się z dwóch samodzielnych zespołów, które są zespołami wymiennymi. Ta wymienialność umożliwia dopasowanie do różnych warunków pracy.

Tlen, który stanowi niezbędny dla zgazowania paliw drobnocząstkowych czynnik utleniający jest dzielony na dwa strumienie określone jako pierwotny i wtórny tlen zgazowujący, przy czym stosunek masowy strumieni pierwotnego do wtórnego wynosi od 1:1,15 do 1:1,3. Przyjmuje się układ, w którym strumień tlenu z pierwszego kanału pierścieniowego 1 wylatuje pod kątem od 0 do 20° względem środkowej osi palnika zgazowującego na strumień paliwa. Prędkość wylotowa tlenu pierwotnego wynosząca od 60 do 120 m/s służy nie tylko wymieszaniu składników ale również przyspieszeniu paliwa o niewielkiej prędkości początkowej do prędkości równej lub bliskiej prędkości osiowej tlenu wtórnego. Tlen ten jest kierowany pod kątem od 20° do 50° względem środkowej osi palnika zgazowującego z prędkością od 40 do 100 m/s.

Szczególne znaczenie posiada czujnik płomienia 12. Pozwala on stwierdzić, czy utworzyły się spieczenia cząstek pyłu lotnego.

Wynalazczy palnik zgazowujący może być również użyty jako palnik zapłonowy, szczególnie w urządzeniach do zgazowania węgla.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Palnik zgazowujący do reaktorowych urządzeń zgazowujących paliwa stałe od drobnoziarnistych do pyłowych, gdzie wytrącony z wytwarzanego surowego gazu suchy pył lotny jest doprowadzany do procesu zgazowania, z centralnie umieszczonym urządzeniem doprowadzającym pierwotne czynniki utleniające i paliwa, które są wprowadzane w strumieniu gazu nośnego, z otaczającym centralne urządzenie doprowadzające pierścieniowym kanałem doprowadzającym wtórne czynniki utleniające oraz z umieszczoną w osi symetrii centralnego urządzenia doprowadzającego pierścieniową lancę wtryskową do wprowadzania pyłu lotnego w strumieniu gazu nośnego w rdzeń wypływającego z palnika zgazowującego strumienia mieszaniny paliwa i czynnika reagującego, znamienny tym, że jego centralnie umieszczone urządzenia doprowadzające posiada pierwszy kanał pierścieniowy (1) do doprowadzania pierwotnego czynnika utleniającego oraz otaczający go kanał pierścieniowy (2) do doprowadzania paliw w strumieniu gazu nośnego, a lanca wtryskowa (6) jest otoczona kanałem pierścieniowym (7) do doprowadzania czynnika utleniającego, zaś kanał pierścieniowy (7), jest otoczony kanałem pierścieniowym (1) do doprowadzania pierwotnego czynnika utleniającego, przy czym kanał pierścieniowy (7) jest na całej swej długości równoległy do osi symetrii palnika, kanał pierścieniowy (1) jest na swym wylotowym odcinku (9) odchylony od osi symetrii na zewnątrz, natomiast kanał pierścieniowy (3) doprowadzający wtórny czynnik utleniający jest na swym wylotowym odcinku (10) odchylony od osi symetrii ku wewnątrz, a ponadto kanał pierścieniowy (3) jest na swym wylocie zamknięty czołową ścianką posiadającą na całym swym obwodzie równomiernie rozmieszczone otwory (11).
2. 2. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że lanca wtryskowa (6) wraz ze swoim wylotem jest osadzona poosiowo przestawnie.
3. 3. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że pomiędzy kanałem pierścieniowym (1) i kanałem pierścieniowym (2) jest umieszczony pierścieniowy kanał chłodzący (4).
4. 4. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że lanca wtryskowa (6), kanał pierścieniowy (7), kanał pierścieniowy (1) oraz pierścieniowy kanał chłodzący (4) tworzą jedną jednolitą część konstrukcyjną, która jest oddzielona pierścieniowym kanałem chłodzącym (4) od pozostałych części konstrukcyjnych palnika i która jest osadzona poosiowo przestawnie.