PL167606B1 - Uklad spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym PL PL - Google Patents

Abstract

1. Uklad spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym umieszczony w piecu na paliwo mineralne ze scianami tworzacymi komore spalania zawiera pier- wsza skrzynie nadmuchowa zamontowana w komorze spalania, pierwsza pare komór paliwowych zamontowa- nych na pierwszym poziomie wewnatrz wymienionej pierwszej skrzyni nadmuchowej, pare dysz paliwowych zainstalowanych wewnatrz pierwszej pary komór pali- wowych, komore powietrzna zamontowana na drugim poziomie wewnatrz pierwszej skrzyni nadmuchowej tak, ze znajduje sie w bezposrednim sasiedztwie pierwszej pary komór paliwowych, dysze powietrzna zamonto- wana w komorze powietrznej, druga skrzynie nadmu- chowa zamontowana w komorze spalania w pewnej odleglosci i równolegle do pierwszej skrzyni nadmucho- wej, oddzielna komore powietrza wtórnego zamonto- wana wewnatrz drugiej skrzyni nadmuchowej, oddzielna dysze powietrza wtórnego zamontowana wewnatrz oddzielnej komory powietrza wtórnego, znamienny tym, ze posiada druga pare komór paliwowych (64, 66) zam- ontowana na trzecim pozio mie wewnatrz pierwszej skrzyni nadmuchowej (20), zespól dysz paliwowych (68, 70) zamontowany wewnatrz drugiej pary komór paliwowych (64, 66); obiegowa komore powietrza wtórnego (74) zamontowana na czwartym pozio mie wewnatrz pierwszej skrzyni nadmuchowej (20) tak, ze znajduje sie w bezpos- rednim sasiedztwie jednej komory paliwowej z drugiej pary komór paliwowych (64, 66); obiegowa dysze powie- trza wtórnego (78) zamontowana wewnatrz obiegowej komory powietrza wtórnego (74), . . . . F ig. 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym.

Pył węglowy od dawna spalany jest z powodzeniem w postaci zawiesiny w piecach z użyciem tangencjalnych sposobów zasilania. Sposób znany jako zasilanie tangencjalne polega na wprowadzaniu paliwa i powietrza do pieca z jego czterech naroży, tak że paliwo i powietrze kierowane są stycznie do umownego okręgu znajdującego się w środku pieca. Ten rodzaj zasilania ma wiele zalet,

167 606 3 między innymi dobre mieszanie paliwa i powietrza, stabilne warunki płomienia i długi czas pozostawania gazów spalinowych w piecu.

Ostatnio jednak coraz większy nacisk kładzie się na minimalizację zanieczyszczenia powietrza. Istnieje konieczność regulacji zawartości NOx i SOx w istniejących blokach grzewczych na paliwo mineralne. Dotychczas obowiązujące prawo dotyczy tylko nowych konstrukcji bloków.

Odnosząc się zwłaszcza do problemu kontroli NOx należy wspomnieć, że jak wiadomo, tlenki azotu powstają przy spalaniu paliwa mineralnego w dwóch oddzielnych procesach, które określa się jako termiczne NOx i paliwowe NOx. Termiczne NOx powstaje z termicznego związania molekuł azotu i tlenu w spalanym powietrzu. Szybkość tworzenia termicznego NOx zależy w-znacznym stopniu od lokalnych temperatur płomienia, i nieco mniej od lokalnych koncentracji telnu. Właściwie cała ilość termicznego NOx powstaje w obszarze płomienia o najwyższej temperaturze. Stężenie termicznego NOx jest następnie przez ochłodzenie gazów spalinowych „zamrażane na poziomie występującym w obszarze wysokiej temperatury. Stężenia termicznego NOx w gazie paliwowym znajdują się w związku z tym między poziomem równowagi charakterystycznym dla szczytowej temperatury płomienia i poziomej równowagi dla temperatury gazu paliwowego.

Z drugiej strony paliwowe NOx pochodzi z utleniania zawartego w związkach organicznych azotu w różnych paliwach mineralnych, takich jak węgiel i olej ciężki. Szybkość powstawania paliwowego NOx zależy od prędkości mieszania paliwa ze strumieniem powietrza, w ogólności, i od lokalnego stężenia tlenu, w szczególności. Jednak stężenie NOx w gazach spalinowych spowodowane azotem zawartym w paliwie stanowi tylko część, na przykład 20% do 60% poziomu, który mógłby powstać przy utlenieniu całego azotu zawartego w. paliwie. Wynika z tego w sposób oczywisty, że ogólna ilość powstającego NOxjest funkcją zarówno lokalnych poziomów tlenu, jak i szczytowych temperatur płomienia.

W związku z powyższym w standardowych sposobach zasilania tangencjalnego proponowano pewne zmiany. Zmiany te próbowano wprowadzać przede wszystkim ze względu na osiągnięcie skutecznej redukcji emisji przy jego stosowaniu. Wynikiem jednej z takich zmian jest konstrukcja będąca przedmiotem zgłoszenia patentowego USA nr 786437, pod tytułem „Układ sterujący i sposób obsługi zasilanego, tangencjalnie pieca na pył węglowy, który był zgłoszony 11 października 1985 roku, przez zgłaszającego niniejszy wynalazek. Zgodnie z ideą wspomnianego zgłoszenia patentowego USA proponowano wprawadzanie pyłu węglowego i powietrza stycznie do pieca z pewnej liczby dolnych poziomów komory spalania i wprowadzanie węgla z powietrzem stycznie do pieca z pewnej liczby górnych poziomów komory spalania, w kierunku przeciwnym. W wyniku stosowania tego typu konstrukcji spodziewano się lepszego mieszania paliwa z powietrzem, co pozwoliłoby na stosowanie mniejszego nadmiaru powietrza, niż w przypadku normalnych pieców zasilanych tangencjalnie, które, jak to wiadomo specjalistom, zasilne są z 20%-30% nadmiarem powietrza. Zmniejszenie nadmiaru powietrza sprzyja minimalizacja powstawania NOx, co poprzednio było główną przyczyną zanieczyszczeń powietrza pochodzących z pieców opalanych węglem. Zmniejszenie nadmiaru powietrza daje w wyniku również wzrost sprawności pieca. Jakkolwiek sposób spalania, którego dotyczyło zgłoszenie patentowe USA, powoduje zmniejszenie poziomu NOx, to z jego stosowaniem związany był szereg wad. Mianowicie, z powodu przeciwnych kierunków krążenia gazów w piecu następuje wzajemne znoszenie się krążenia, a gazy płyną po bardziej lub mniej prostych liniach wzdłuż pieca, co powoduje zwiększenie możliwości opuszczenia pieca przez nie dopalone cząstki węgla w wyniku zmniejszonej turbulencji i mieszania w górnej strefie pieca. Poza tym na ścianach pieca mogą się pojawiać osady szlaki i nie spalonego węgla. Te osady na ścianach zmniejszają sprawność przekazywania ciepła do chłodzonych wodą rur stanowiących wyłożenie ścian, powodują konieczność oczyszczania z sadzy i zmniejszają trwałość rur.

Wynikiem innej takiej zmiany jest konstrukcja stanowiąca przedmiot patentu USA nr 4 715 301 pod tytułem „Układ spalania tangencjalnego z małym nadmiarem powietrza, wydanego 29 grudnia 1987 r. na rzecz osoby zgłaszającej niniejszy wynalazek. Zgodnie z ideą patentu USA nr 4 715 301 proponuje się piec, w którym pył węglowy jest spalany w zawiesinie, przy dobrym wymieszaniu węgla i powietrza, jak w przypadku wspomnianego powyżej zgłoszenia patentowego USA. Poza tym, osiągnięto wszystkie zalety poprzednio charakteryzujące piece ze spalaniem tangencjalnym dzięki otrzymaniu wirującej kuli płomieniowej w piecu. Ściany zabezpieczone są

167 606 poduszką powietrzną zmniejszającą osadzanie się na nich żużla. Realizuje się to pzrez wprowadzanie węgla i powietrza pierwotnego do pieca stycznie na pierwszym poziomie, wprowadzając, w ilościach przynajmniej dwukrotnie większych od ilości powietrza pierwotnego, powietrze pomocnicze do pieca, na drugim poziomie bezpośrednio powyżej pierwszego poziomu, ale w kierunku przeciwnym do kierunku powietrza pierwotnego, przy istnieniu kilku takich pierwszych i drugich poziomów, znajdujących się jedne nad drugimi. W wyniku zwiększenia masy i prędkości powietrza pomocniczego wymuszone wirowanie wewnątrz pieca będzie się odbywać w kierunku wprowadzania powietrza pomocniczego. Z tego powodu paliwo wprowadzane w kierunku przeciwnym do kierunku wirowania w piecu po opuszczeniu bloku jest zmuszane do zmiany kierunku na ogólny kierunek wirowania gazów w piecu. Dzięki temu otrzymuje się silne wymieszanie paliwa i powietrza w tym procesie. To wzmożenie mieszania zmniejsza konieczność stosowania dużego nadmiaru powietrza w piecu. Nasilone mieszanie wpływa również na wzmożenie reakcji węgla poprawiając ogólną prędkość wydzielania ciepła i tym samym zmniejszając osadzanie się szlaki i zanieczyszczeń. Powietrze pomocnicze kierowane jest na okrąg o średnicy większej niż średnica wirowania paliwa, tworząc w sąsiedztwie ścian warstwę powietrza. Poza tym powietrze wtórne, zawierające w zasadzie cały nadmiar powietrza dostarczanego do pieca, wprowadzane jest do pieca na poziomie znacznie powyżej poziomów powietrza pierwontego i pomocniczego, przy czym powietrze wtórne kierowane jest stycznie do umownego okręgu, w kierunku przeciwnym do kierunku powietrza pomocniczego.

Jeszcze inna tego rodzaju zmiana w konstrukcji służącej do spalania pyłu węglowego, jako paliwa o niewielkiej emisji NOx, stanowi istotę patentu USA nr 4 669 398 pod tytułem: „Urządzenie do spalania rozpylonego paliwa wydanego 2 czerwca 1987 r. Zgodnie z ideą patentu USA 4 669 398 proponuje się konstrukcję urządzenia, która charakteryzuje się tym, że zaopatrzona jest w pierwszą komorę wtryskiwania rozpylonego paliwa, w której łączna ilość zużywanego powietrza pierwotnego i powietrza wtórnego jest mniejsza niż teoretyczna ilość powietrza potrzebnego do spalania rozpylonego paliwa wprowadzanego do pieca w postaci mieszanki z powietrzem pierwotnym, w drugą komorę wtryskiwania rozpylonego paliwa, w której łączna ilość powietrza pierwotnego i wtórnego jest w zasadzie równa lub, korzystnie, nieco mniejsza, o teoretycznej ilości powietrza potrzebnej do palenia paliwa wprowadzanego w postaci mieszaniny z powietrzem pierwotnym, oraz w komorę powietrza dodatkowego służącą do wtryskiwania powietrza dodatkowego do pieca, przy czym te trzy komory umieszczone są blisko siebie. Gazowe mieszaniny powietrza pierwotnego i rozpylonego paliwa wtryskiwanego przez komory wtryskiwania paliwa, pierwszą i drugą, w urządzeniu mieszane są w takich proporcjach, aby zmniejszyć wytwarzanie NOx.

Ponadto mieszanka rozpylonego paliwa z powietrzem pierwotnym z drugiej komory wtryskiwania rozpylonego paliwa, która sama sprawia trudności w stabilnym spalaniu, ma możliwość występowania wraz z płomieniem łatwo zapalnej mieszaniny z pierwszej komory wtryskiwania rozpylonego paliwa w celu zapewnienia odpowiedniego zapłonu i spalania. Urządzenie może się więc nadawać do spalania rozpylonego paliwa przy stabilnym jego zapłonie i małych ilościach wytwarzanego NOx.

Urządzenie według idei patentu USA nr 4 669 398 charakteiyzuje się również tym, że zaopatrzone jest w dodatkowe komory do doprowadzania płynu obojętnego do przestrzeni pomiędzy wspomnianymi trzema komorami, po jednej na każdą z nich. Gazowe mieszaniny powietrza pierwotnego i rozpylonego paliwa są zabezpieczone przed wzajemnymi zakłóceniami przez kurtynę płynu obojętnego z jednej z komór służących do wtryskiwania płynu obojętnego, i wytwarzanie NOx z mieszanin wypływających z pierwszej i drugiej komory wtryskiwania rozpylonego paliwa mają się, według autora zmniejszać. Również mieszanina powietrza pierwotnego z rozpylonym paliwem z pierwszej komory wtryskiwania rozpylonego paliwa i powietrze dodatkowe z komory powietrza dodatkowego zabezpieczone są przed wzajemnymi zakłóceniami, za pomocą innej kurtyny z płynu obojętnego, wypływającego z innej komory. Ma to umożliwiać spalanie mieszaniny powietrza pierwotnego z rozpylonym paliwem bez zmiany stosunku mieszania, a zatem bez wzrostu wytwarzania NOx.

Jeszcze inna zmiana konstrukcji do spalania pyłu węglowego w charakterze paliwa, przy jednoczesnym zmniejszeniu emisji NOx i SOx, stanowi przedmiot patentu USA nr 4426939 pod tytułem „Sposób zmniejszenia emisji NOx i SOx wydanego 24 stycznia 1984 r. zgłaszającemu

167 606 niniejsze zgłoszenie patentowe. Zgodnie z ideą patentu USA nr 4 42(6939 piec opalany jest pyłem węglowym w sposób pozwalający na zmniejszenie szczytowej temperatury w piecu przy zachowaniu dobrej stabilności płomienia i pełnego spalania paliwa. Sposób realizacji powyższego jest następujący. Pył węglowy jest przenoszony strumieniem powietrza do pieca. Podczas tego przenoszenia strumień jest rozdzielany na dwie części, przy czym jedna z części jest częścią bogatą w paliwo, a druga część jest częścią ubogą w paliwo. Część bogata wpaliwo jest wpowadzana do pieca w pierwszej strefie. Powietrze jest również w pierwszej strefie, w ilości niewystarczającej do podtrzymania pełnego spalania całego paliwa zawartego w części bogatej w paliwo. Część uboga w paliwo natomiast wprowadzana jest do pieca w drugiej strefie. Do drugiej strefy wprowadza się również powietrze w takiej ilości, że występuje jego nadmiar ponad ilość niezbędną do spalenia całego paliwa zawartego w piecu. Na koniec, do pieca jednocześnie z paliwem wprowadzane jest wapno w celu minimalizacji szczytowej temperatury wewnątrz pieca, a zatem i minimalizacji występowania NOx i SOx w gazach spalinowych.

Jakkolwiek układy zasilania konstruowane zgodnie z ideami zgłoszenia patentowego i trzech wydanych patentów USA, na które się powołano powyżej, były przedstawione jako skuteczne do celów, do których zostały opracowane, to tym niemniej jest oczywiste, że w stanie techniki występuje konieczność dalszego udoskonalenia takich układów zasilania, jeżeli przez ich zastosowanie emisja NOx ma się zmniejszyć do poziomów, które wymagne mają być przez nową proponowaną ustawę rozpatrywaną przez Kongres USA. Ze stanu techniki wynika potrzeba opracowania nowego udoskonalonego układu zasilania, który miałby zastosowanie zwłaszcza do zasilanych tengencjalnie pieców na pył węglowy w celu osiągnięcia redukcji emisji NOx o aż 50% do 60% w stosunku do wartości emisji z tego rodzaju pieców wyposażonych w układy znane ze stanu techniki.

Ponadto ze stanu techniki wynika potrzeba opracowania takiego nowego udoskonalonego układu zasilania, który w szczególności charakteryzowałby się pewnymi cechami szczególnymi. Tak więc jednym z takich parametrów, którymi powinien odznaczać się nowy i udoskonalony układ zasilania, jest możliwość wytworzenia, przy jego stosowaniu, kilku warstw wzbogaconych w paliwo stref w obszarze spalania pieca. Taka konstrukcja umożliwia bezpośredni zapłon, a występująca wysoka temperatura wraz z towarzyszącym jej efektem uwalniania z węgla zawartego w związkach organicznych azotu występuje w dużych strefach wzbogaconych w paliwo. Innym parametrem, którym powinien odznaczać się nowy i udoskonalony układ zasilania, jest możliwość osiągnięcia, przy jego stosowaniu, zarówno stabilizacji frontu paliwa, jak i wstępnego uwalniania w strefach wzbogaconych związanego z paliwem azotu, dzięki czemu związany z paliwem azot ulega konwersji, w strefach wzbogaconych, w N2. Trzecim parametrem, którym musi odznaczać się nowy i udoskonalony układ zasilania, jest możliwość zapewnienia tak zwanego „powietrza granicznego dla zabezpeczenia ścian pieca przed wpływem atmosfery redukującej, której występowanie we wnętrzu pieca podczas jego pracy jest znane . Czwartym parametrem . którym mus i odznaczać się nowy i udoskonalony układ zasilania jest możliwość zapewnienia, przy jego stosowaniu, dostatecznych ilości powietrza wtórnego dla umożliwienia zakończenia efektywnego spalania wzbogaconych w paliwo gazów piecowych, przed ich dotarciem do kanałów konwekcyjnych pieca. Celem uzyskiwanym przy tym jest zapewnienie zarówno zakończenia procesu spalania węgla, jak i minimalizacja ilości węgla nie spalonego.

Podsumowując należy stwierdzić, że ze stanu techniki wynika oczywista potrzeba opracowania nowego i udoskonalonego układu zasilania, który przydatny byłby zwłaszcza do zastosowania w zasilanych tangencjalnie piecach na paliwo mineralne, i którego zatosowanie umożliwiłoby zmniejszenie emisji NOx do poziomów przynajmniej równoważnych lub lepszych niż te, które obecnie rozważane są jako norma dla USA w proponowanej ustawie. Ponadto takie rezultaty powinny być możliwe do osiągnięcia w kontrukcji nowego udoskonalonego układu zasilania bez konieczności ponoszenia kosztów niezbędnych do jego pracy dodatków, katalizatorów lub paliw wysokiej jakości. Ponadto takie rezultaty powinny być możliwe do osiągnięcia w konstrukcji nowego udoskonalonego układu zasilania uwzględniającej wymagania dotyczące korozji płaszcza wodnego, związanej zwykle z występowaniem atmosfery redukującej w fazie opóźnionego spalania. Poza tym takie rezultaty powinny być możliwe do osiągnięcia w konstrukcji nowego udoskonalonego układu zasilania ogólnie kompatybilnego z innymi układami reducji emisji, na przykład układania z wtryskiwaniem wapienia, układami dopalającymi i układami selektywnej redukcji

167 606 katalitycznej (SCR) umożliwiając zastosowanie ich w celu osiągnięcia dalszego zmniejszenia emisji. Na koniec takie rezultaty powinny być możliwe do osiągnięcia w konstrukcji nowego udoskonalonego układu zasilania nadającego się do zastosowania zarówno w nowych instalacjach, jak i przy modernizacjach.

Celem wynalazku jest opracowanie układu spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym.

Układ spalania koncetrycznego z podawaniem tangencjalnym umieszczony w piecu na paliwo mineralne ze ścianami tworzącymi komorę spalania zawiera pierwszą skrzynię nadmuchową zamontowaną w komorze spalania, pierwszą parę komór paliwowych zamontowanych na pierwszym poziomie wewnątrz wymienionej pierwszej skrzyni nadmuchowej, parę dysz paliwowych zainstalowanych wewnątrz pierwszej pary komór paliwowych, komorę powietrzną zamontowaną na drugim pozimie wewnątrz pierwszej skrzyni nadmuchowej tak, że znajduje się w bezpośrednim sąsiedztwie pierwszej pary komór paliwych, dyszę powietrzną zamontowaną w komorze powietrznej, drugą skrzynię nadmuchową zamontowaną w komorze spalania w pewnej odległości i równolegle do pierwszej skrzyni nadmuchowej, oddzielną komorę powietrza wtórnego zamontowaną wewnątrz drugiej skrzyni nadmuchowej, odzielną dyszę powietrza wtórnego zamontowaną wewnątrz oddzielnej komory powietrza wtórnego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że posiada drugą parę komór paliwowych zamontowaną na trzecim poziomie wewnątrz pierwszej skrzyni nadmuchowej, zespół dysz paliwowych zamontowany wewnątrz drugiej pary komór paliwowych; obiegową komorę powietrza wtórnego zamontowaną na czwartym poziomie wewnątrz pierwszej skrzyni nadmuchowej tak, że znajduje się w bezpośrednim sąsiedztwie jednej komory paliwowej z drugiej pary komór paliwowych; obiegową dyszę powietrza wtórnego zamontowaną wewnątrz obiegowej komory powietrza wtórnego, urządzenie zasilania paliwem podłączone do pary dysz paliwowych dostarczające paliwo tych dysz i przez nie do komory spalnia i podłączone do zespołu dysz paliwowych dostarczając paliwo do tego zespołu, a przez nie do komory spalania powodując powstanie strefy wzbogaconej w paliwo; urządzenie zasilania powietrzem podłączone do dyszy powietrznej i podłączone do obiegowej dyszy powietrza wtórnego dostarczając pewną ilość powietrza do dyszy powietrznej i do obiegowej dyszy powietrza wtórnego a przez nią do komory spalania uzyskując w ten sposób w niej stosunek stechiometryczny w przybliżeniu o wartości 0,85 oraz podłączone do oddzielnej dyszy powietrza wtórnego dostarczając pewną ilość powietrza do oddzielnej dyszy powietrza wtórnego a przez nią do komory spalania uzyskując w ten sposób w niej stosunek stechiometryczny w przybliżeniu o wartości 1,0.

Korzystnie para dysz paliwowych jest umieszczona w zespole, a urządzenie dostarczające paliwo jest podłączone do pary zespolonych dysz paliwowych dostarczając paliwo do nich a przez nie do komory spalania powodując powstanie w niej strefy bogatej w paliwo.

Korzystnie komora powietrza stanowi kątową komorę powietrzną; dysza powietrzna stanowi kątową dyszę powietrzną, urządzenie zasilania powietrzem dostarcza powietrze do kątowej dyszy powietrznej, która kieruje powietrze dostarczone do niej za pomocą urządzenia dostarczającego powietrze do komory spalania w kierunku ścianek pieca i na zewnątrz skupionego paliwa, które jest wtryskiwane przez zespół dysz paliwowych oraz parę zespolonych dysz paliwowych do komory spalania pieca.

Dzięki rozwiązaniu według wynalazku uzyskano zmniejszenie emisji NOx o 50% do 60% w piecach na pył węglowy zasilanych tangencjalnie. Ponadto umożliwia ono uzyskanie bezpośredniego zapłonu i wysokiej temperatury wraz z towarzyszącym jej efektem uwalniania z węgla azotu. Uzyskuje się stabilizację paliwa i wstępnie uwalnianie w strefach wzbogaconych związanego z paleniem azotu, dzięki czemu związany z paliwem azot ulega konwersji.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony na rysunku na którym fig. 1 przedstawia schematycznie w przekroju pionowym konstrukcję pieca na paliwo mineralne wykorzystującego układ skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym według wynalazku; fig. 2 przedstawia schematycznie w przekroju pionowym konstrukcję wykonania układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym pieca na paliwo mineralne odpowiedniego zwłaszcza do opalania węglem skonstruowanego według wynalazku; fig. 3 przedstawia widok z góry komory powietrznej wykorzystywanej w układzie skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym wełdug wynalazku; fig. 4 przedstawia widok z góry kątowej

167 606 komory powietrznej wykorzystywanej w układzie skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym według wynalazku; fig. 5 przedstawia widok z góry okręgu spalania ilustrujący zasadę zasilania kątowego; fig. 6 przedstawia wykres ogólnych zależności stechiometrycznych pieca na paliwo mineralne, w którym wykorzystuje się układ spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym według wynalazku; fig. 7 przedstawia wykres porównawczy poziomu zawartości NO_xw ppm osiągniętego w piecu na paliwo mineralne przy wykorzystaniu typowego układu zasilania i przy wykorzystaniu układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym według niniejszego wynalazku; fig. 8 przedstawia schematyczny przekrój pionowy innego wykonania układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym nadającego się zwłaszcza do wykorzystania przy opalaniu olejowym/gazowym, zbudowanego według wynalazku; a fig. 9 przedstawia uproszczony przekrój pionowy pieca na paliwo mineralne wyposażonego w układ skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym, zubudowanego według wynalazku, z dopalaniem.

Przechodząc do omówienia rysunku, zwłaszcza do jego fig. 1, należy stwierdzi-, że przedstawiono na niej piec na paliwo mineralne oznaczony ogólnie odnośnikiem 10. Ponieważ zarówno konstrukcja, jak i sposób działania pieców na paliwo mineralne są same w sobie znane specjalistom, to nie uznano za konieczne zamieszczanie dokładniejszego opisu działania pieca 10 na paliwo mineralne przedstawionego na fig. 1. Uważa się natomiast, że w celu osiągnięcia jasności co do działania pieca na paliwo mineralne nadającego się do współdziałania funkcjonalnego z układem skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym, oznaczonym ogólnie odnośnikiem 12 na fig. 1 rysunku, nadającego się, zgodnie z niniejszym wynalazkiem, do zainstalowania w nim, przy czym po zainstalowaniu układ skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym umożliwia redukcję emisji NO_X z pieca 10 na paliwo mineralne, że wystarczającyjest przedstawiony niniejszym opis działania tylko tych części pieca na paliwo mineralne, które współpracują ze wspomnianym układem 12 skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym.

Na figurze 1 rysunku przedstawiono piec 10 na paliwo mineralne, zaopatrzony w komorę spalania oznaczoną ogólnie odnośnikiem 14. Jak to dokładniej objaśniono poniżej w związku z opisem konstrukcji i zasady działania układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym, wewnątrz komory spalania 14 pieca 10 na paliwo mieneralne, w sposób znany specjalistom, inicjowane jest spalanie paliwa mineralnego i powietrza. Gorące gazy powstające przy spalaniu paliwa mineralnego i powietrza unoszą się ku górze wewnątrz pieca 10 na paliwo mineralne. Podczas ich ruchu ku górze w piecu 10 na paliwo mineralne, w sposób znany specjalistom, oddają ciepło płynowi przepływającemu przez rury (nie pokazane ze względu na zachowanie przejrzystości zobrazowania na rysunku), które w konwencjonalny sposób rozmieszczone są na wszystkich czterech ścianach pieca 10 na paliwo mineralne.

Następnie gorące gazy opuszczają piec 10 przez jego kanał poziomy, ogólnie oznaczony odnośnikiem 16, który z kolei dochodzi do tylnego kanału gazowego, ogólnie oznaczonego odnośnikiem 18 pieca 10 na paliwo mineralne. Zarówno kanał poziomy 16, jak tylny kanał gazowy 18 zwykle zawierają dalsze powierzchnie wymienników ciepła (nie pokazane) służące do przegrzewania pary w sposób znany specjalistom. Para następnie zwykle doprowadzana jest do turbiny (nie pokazana) stanowiącej jedną z części turbogeneratora (nie pokazany), tak że para przekazuje moc napędową turbinie (nie pokazana) a zatem i prądnicy (nie pokazana), która w znany sposób sprzężona jest z turbiną, tak że prądnica (nie pokazana) wytwarza prąd elektryczny.

Biorąc powyższe za podstawę, przechodzi się do omówienia, na podstawie fig. 1 i 2 rysunku, układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym, który według niniejszego wynalazku przeznaczony jest do sprzężenia funkcjonaolnego z piecem o konstrukcji typowej dla pieca 10 na paliwo mineralne przedstawionego na fig. 1 rysunku. Dokładniej mówiąc, układ 12 skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym jest przeznaczony do zastosowania w piecach 10 na paliwo mineralne z fig. 1 rysunku, tak że współpracujący z nim układ 12 skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym jest w stanie zredukowaemisję NOxz pieca 10 na paliwo mineralne.

Na podstawie fig. 1 i 2 jest oczywiste, że w skład układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym wchodzi obudowa, korzystnie w postaci skrzyni nadmuchowej

167 606 oznaczonej odnośnikiem 20 na fig. 1 i 2 rysunku. Skrzynia nadmuchowa 20 w sposób znany specjalistom zamocowana jest za pomocą konwencjonalnych elementów wsporczych (nie pokazane) w obszarze komory 14 spalania pieca 10 na paliwo mineralne, tak że wzdłużna oś skrzyni nadmuchowej 20 biegnie w zasadzie równolegle do głównej osi pieca 10 na paliwo mineralne.

W dalszym ciągu opisu układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym należy stwierdzić, że według korzystnego wykonania wynalazku w dolnym końcu skrzyni nadmuchowej 20 zainstalowana jest pierwsza komora powietrzna oznaczona ogólnie odnośnikiem 22 na fig. 2 rysunku. Wewnątrz komory powietrznej 22 zainstalowana jest dysza powietrzna 24 zamocowana za pomocą konwencjonalnych elementów mocujących (nie pokazane) nadających się do tego celu. Do dyszy powietrznej 24 dołączone są środki zasilania powietrzem, przedstawione schematycznie na fig. 1 rysunku, gdzie oznaczone są ogólnie odnośnikiem 26, przy czym środki 26 zasilania powietrzem dostarczają powietrza do dyszy powietrznej 24 i przez nią do komory 14 spalania pieca 10 na paliwo mineralne. W tym celu środki 26 zasilania powietrzem zaopatrzone są w dmuchawę oznaczoną odnośnikiem 28 na fig. 1 rysunku, oraz kanały powietrzne oznaczone odnośnikiem 30, które połączone są z jednej strony z dmuchawą 28, a z drugiej strony, jak to oznaczono schematycznie odnośnikiem 32 na fig. 1 rysunku, z dyszą powietrzną 24 przez oddzielne zawory i regulatory (nie pokazane).

Przechodząc do omówienia skrzyni nadmuchowej 20, należy stwierdzić, że zgodnie z korzystnym wykonaniem wynalazku w skrzyni nadmuchowej 20 znajduje się pierwsza para komór paliwowych oznaczona ogólnie odnośnikami, odpowiednio, 34 i 36 na fig. 2 rysunku, tak że znajdują się one w zasadzie w bezpośrednim sąsiedztwie komory powietrznej 22. Wewnątrz każdej z pary komór paliwowych 34 i 36 zainstalowana jest pierwsza grupa dysz paliwowych oznaczonych odnośnikami, odpowiednio 38 i 40, na fig. 2 rysunku, zamocowana za pomocą konwencjonalnyh elementów mocujących (nie pokazane) nadających się do tego celu, przy czym dysza paliwowa 38 zainstalowana jest w komorze paliwowej 34, a dysza paliwowa 40 zainstalowana jest w komorze paliwowej 36. Środki zasilania paliwem przedstawione schamtycznie na fig. 1 rysunku, gdzie te środki zasilania paliwem oznaczono ogólnie odnośnikiem 42 połączone są w sposób opisany dokładniej poniżej, z dyszami paliwowymi 38 i 40, tak że środki zasilania paliwem 42 dostarczają paliwo do dyszy paliwowych 38 i 40 i przez nie do komory 14 spalania pieca 10 na paliwo mineralne. W szczególności środki 42 zasilania paliwem zaopatrzone są w rozpylacz oznaczony odnośnikiem 44, na fig. 1 rysunku, w którym paliwo przeznaczone do spalania w piecu 10 na paliwo mineralne ulega rozpyleniu w sposób znany specjalistom, a kanał paliwowy oznaczony odnośnikiem 46, połączony jednym końcem z rozpylaczem 44, doprowadza paliwo na drugim końcu, oznaczonym schematycznie odnośnikiem 48 na fig. 1 rysunku, do grupy dysz paliwowych 38 i 40 przez oddzielne zawory i regulatory (nie pokazane). Jak to widać na fig. 1 rysunku, rozpylacz 44 połączony jest z dmuchawą 28, tak, że powietrze z dmuchawy 28 dostarczane jest również do rozpylacza 44 a paliwo dostarczane przez rozpylacz 44 do zespołu dysz paliwowych 38 i 40 przenoszone jest przez kanały paliwowe 46 w strumieniu powietrza w sposób znany specjalistom.

Niezależnie od komory powietrznej 22 i pary komór paliwowych 34 i 36, które zostały opisane powyżej, skrzynia nadmuchowa 20 zaopatrzona jest również w zespół kątowych komór powietrznych. Wspomniany zespół kątowych komór powietrznych, zgodnie z korzystnym wykonaniem wynalazku, składa się z pewnej liczby, korzystnie z trzech, takich komór, oznaczonych ogólnie odnośnikami 5(^, 52 i 54 na fig. 2 rysunku. Jak to najlepiej widać na fig. 2 rysunku, kątowe komory powietrzne 50, 52 i 54 umieszczone są w skrzyni nadmuchowej tak, że znajdują się w zasadzie w bliskim sąsiedztwie pary komór paliwowych 34 i 36. Wewnątrz zespołu kątowych komór powietrznych 50,52 i 54 zainstalowane są kątowe dysze powietrzne oznaczone odnośnikami, odpowiednio 56, 58 i 60 na fig. 2 rysunku, zamocowane za pomocą konwencjonalnych elementów mocujących (nie pokazane) nadających się do tego celu, przy czym kątowa dysza powietrzna 56 zainstalowana jest w kątowej komorze powietrznej 50, kątowa dysza powietrzna 58 zainstalowana jest w kątowej komorze powietrznej 52 a kątowa dysza powietrzna 60 zainstalowana jest w kątowej komorze powietrznej 54, tak że powietrze skierowane kątowo, przechodzące przez każdą z kątowych dysz powietrznych 56,58 i 60 kierowane jest na zewnątrz skupionego paliwa wstrzykniętego do komory 14 spalania pieca 10, w stronę ścian tego pieca 10. Każda z dysz powietrznych 56, 58 i 60 połączona

167 606 jest z omówionymi powyżej środkami zasilania powietrzem 26, za pośrednictwem kanałów powietrznych 30 widocznych najlepiej na fig. 1 rysunku, połącznych z dmuchawą 28 zjednej strony oraz z drugiej strony, jak to oznaczono schematycznie odnośnikiem 62 na fig. 1 rysunku, z kątowymi dyszami powietrznymi 56, 58 i 60 przez oddzielne zawory i regulatory (nie pokazane), przy czym środki 26 zasilania powietrzem dostarczają powietrza do każdej z kątowych dysz powietrznych 56,58 i 60 i przez nie do komory 14 spalania pieca 10 na paliwo mineralne, w sposób powyżej opisany.

Według dalszej części opisu korzystnego wykonania układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym według wynalazku w skrzyni nadmuchowej 20 zainstalowana jest druga para komór paliwowych oznaczona ogólnie odnośnikami, odpowiednio, 64,66 na fig. 2 rysunku, tak że znajdują się one w zasadzie w bezpośrednim sąsiedztwie zespołu kątowych komór powietrznych 50, 52 i 54. Wewnątrz każdej z pary komór paliwowych 64 i 66 zainstalowana jest druga grupa dysz paliwowych oznaczonych odnośnikami, odpowiednio 68 i 70, na fig. 2 rysunku, zamocowana za pomocą konwencjonalnych elementów mocujących (nie pokazane) nadających się do tego celu, przy czym dysza paliwowa 68 zainstalowana jest w komorze paliwowej 64, a dysza paliwowa 70 zainstalowana jest w komorze paliwowej 66. Każda z drugich grup dysz paliwowych 68 i 70 połączona jest ze środkami zasilania paliwem w sposób opisany powyżej, za pośrednictwem kanału paliwowego 46, który jak to najlepiej widać na fig. 1 rysunku, połączony jest jednym końcem z rozpylaczem 44, w którym paliwo przeznaczone do spalania w piecu 10 na paliwo mineralne ulega rozpyleniu w sposób znany specjalistom, a drugim, jak to oznaczono schematycznie odnośnikiem 72 na fig. 1 rysunku, z grupą dysz paliwowych 68 i 70 przez oddzielne zawory i regulatory (nie pokazane). Jeszcze raz zwraca się uwagę na fakt, że jak to widać na fig. 1 rysunku, rozpylacz 44 połączony jest z dmuchawą 28, tak że powietrze z dmuchawy 28 dostarczane jest również do rozpylacza 44 a paliwo dostarczane przez rozpylacz 44 do zespołu dysz paliwowych 68 i 70 przenoszone jest przez kanały paliwowe 46 w strumieniu powietrza w sposób znany specjalistom.

Co się tyczy skrzyni nadmuchowej 20, to wewnątrz tej skrzyni nadmuchowej 20, w jej górnej części, zgodnie z korzystnym wykonaniem wynalazku, zainstalowana jest para obiegowych komór powietrza wtórnego oznaczona ogólnie odnośnikami, odpowiednio, 74 i 76 na fig. 2 rysunku, tak że znajdują się one w zasadzie w bezpośrednim sąsiedztwie drugiej pary komór paliwowych 64 i 66. Wewnątrz każdej z pary obiegowych komór powietrza wtórnego 74 i 76 zainstalowana jest para obiegowych dysz powietrza wtórnego oznaczonych odnośnikami, odpowiednio 78 i 80, na fig. 2 rysunku, zamocowana za pomocą konwencjonalnych elementów mocujących (nie pokazane) nadających się do tego celu, przy czym obiegowa dysza powietrza wtórnego 78 zainstalowana jest w obiegowej komorze powietrza wtórnego 74, a obiegowa dysza powietrza wtórnego 80 zainstalowana jest w obiegowej komorze powietrza wtórnego 76. Każda z obiegowych dysz powietrza wtórnego 78 i 80 połączona jest z omówionymi powyżej środkami 26 zasilania powietrzem, za pośrednictwem kanałów powietrznych 30, jak to widać najlepiej na fig. 1 rysunku, które połączone są zjednej strony z dmuchawą 28, a z drugiej strony, jak to oznaczono schamtycznie odnośnikiem 82 na fig. 1 rysunku, z każdą z obiegowych kątowych dysz powietrznych 78 i 80 przez oddzielne zawory i regulatory (nie pokazane), przy czym środki 28 zasilania powietrzem dostarczają powietrza do każdej z obiegowych kątowych dysz powietrznych 78 i 80 i przez nią do komory 14 spalania pieca 10 na paliwo mineralne.

Na zakończenie opisu układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym należy wspomnieć, że wewnątrz komory 14 spalania pieca 10 na paliwo mineralne znajduje się zespół oddzielnych komór powietrza wtórnego zamocowanych za pomocą konwencjonalnych elementów mocujących (nie pokazane) nadających się do tego celu, tak że znajdują się one w pewnej odległości od obiegowych komór powietrza wtórnego 74 i 76, będąc w zasadzie równoległymi do wzdłużnej osi skrzyni nadmuchowej 20. Wspomniany zespół oddzielnych komór powietrza wtórnego według korzystnego wykonania wynalazku zawiera pewną liczbę, korzystnie trzy, takich komór, oznaczonych ogólnie na fig. 2 rysunku odnośnikami, odpowiednio 84, 86 i 88. Wewnątrz zespołu oddzielnych komór powietrza wtórnego 84, 86 i 88 zainstalowany jest zespół oddzielnych dysz powietrza wtórnego oznaczonych odnośnikami, odpowiednio 90, 92 i 94 na fig. 2 rysunku, zamocowanych za pomocą konwencjonalnych elementów mocujących (nie pokazane) nadających

167 606 się do tego celu, przy czym oddzielna dysza powietrza wtórnego 90 zainstalowana jest w oddzielnej komorze powietrza wtórnego 84, oddzielna dysza 92 powietrza wtórnego zainstalowana jest w oddzielnej komorze 86 powietrza wtórnego a oddzielna dysza 94 powietrza wtórnego zainstalowana jest w oddzielnej komorze 88 powietrza wtórnego.

Każda z oddzielnych dysz powietrza wtórnego 90,92 i 94 połączona jest z opisanymi powyżej środkami 26 zasilania powietrzem, za pośrednictwem kanałów powietrznych 30 widocznych najlepiej na fig. 1 rysunku, połączonych z dmuchawą 28 z jednej strony oraz z drugiej strony, jak to oznaczono schematycznie odnośnikiem 96 na fig. 1 rysunku, z każdą z oddzielnych dysz powietrza wtórnego 90, 92 i 94 przez oddzielne zawory i regulatory (nie pokazane), przy czym środki 26 zasilania powietrzem dostarczają powietrza do każdej z oddzielnych dysz powietrza wtórnego 90, 92 i 94 i przez nie do komory 14 spalania pieca 10 na paliwo mineralne.

W dalszym ciągu zamieszczono opis działania układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym według wynalazku, który przeznaczony jest do wykorzystnia w zasilanych tangencjalnie piecach na paliwo mineralne w celu redukcji emisji NO_X z takiego pieca. W tym celu, zgodnie z zasadą pracy układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym przez komorę powietrzną 24 do komory 14 spalania pieca 10, na pierwszym jego poziomie, wprowadzane jest powietrze. Skupione paliwo wprowadzane jest przez pierwszą grupę dysz paliwowych 38 i 40 do komory 14 spalania pieca 10 na jego drugim poziomie, tak że w komorze 14 spalania pieca 10 powstaje pierwsza strefa wzbogacona w paliwo. Do komory 14 spalania pieca 10, na jego trzecim poziomie wprowadzane jest powietrze skierowane kątowo przez zespół kątowych dysz powietrza 56, 58 i 60, tak że ukierunkowane skośnie powietrze, wprowadzane przez zespół kątowych dysz powietrznych 56, 58 i 60 jest kierowane na zewnątrz od skupionego paliwa wstrzykniętego do komory 14 spalania pieca 10, w stronę ścianek pieca 10. Przez drugą grupę dysz paliwowych 68 i 70 do komory 14 spalania pieca 10 na jego czwartym poziomie wprowadzane jest dodatkowe skupione paliwo, tak że w komorze 14 spalania pieca 10 powstaje druga strefa wzbogacona w paliwo. Przez obiegowe dysze 78 i 80 powietrza wtórnego do komory 14 spalania pieca 10, na jego piątym poziomie wprowadzane jest obiegowe powietrze wtórne. Na koniec przez oddzielne dysze powietrza wtórnego 90,92 i 94 do komory 14 spalania pieca 10, na jego szóstym poziomie, który znajduje się w pewnej odległości, ale dokładnie nad piątym poziomem komory spalania pieca 10 wprowadzane jest oddzielne powietrze wtórne.

Tak więc podsumowując, układ 12 skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym stanowiący przedmiot niniejszego wynalazku powinien odpowiadać szczytowemu poziomowi techniki w zakresie regulacji emisji NOx. W tym celu układ 12 skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym według niniejszego wynalazku przeznaczony jest do sterowania dostępem tlenu do paliwa podczas procesu spalania paliwa. Mianowicie układ 12 skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym wykorzystuje metodę silnie opóźnionego spalania z wieloma poziomami wprowadzania powietrza wtórnego w celu zminimalizowania osiągalnego O2 w strefie spalania pierwotnego. Powietrze wtórne wprowadzane jest na szczycie skrzyni nadmuchowej 20 zespołu doprowadzania paliwa jako obiegowe powietrze wtórne 74, 76 i na wyższym poziomie jako oddzielne powietrze wtórne 84, 86, 88. Dwa poziomy wprowadzania powietrza wtórnego, to znaczy 74, 76 oraz 84, 86 i 88 umożliwiają zastosowanie tej samej wysokości skrzyni nadmuchowej 20, co w znanych rozwiązaniach skrzyń nadmuchowych, dzięki czemu ułatwia się zastosowanie układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym do istniejących pieców.

Układ 12 skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym zbudowany według niniejszego wynalazku charakteryzuje się poza tym faktem, że układ 12 skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym wykorzystuje zasadę spalania koncentrycznego z kierowaniem powietrza dodatkowego skośnie względem paliwa w kierunku ekranu wodnego pieca 10. Służy to ochronie ekranu wodnego pieca 10 przed działaniem atmosfery redukującej, która występuje przy bezładnym opóźnionym spalaniu z powietrzem wtórnym w piecu. Spalanie koncentryczne służy również do regulacji zewnętrznej temperatury pieca, która w przeciwnym przypadku wzrasta wskutek opóźnionego spalania. Wreszcie układ 12 skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym wykorzystuje nową koncepcję z grupowaniem dysz paliwowych 38, 40 oraz 68, 70, które maksymalizują rozdzielanie paliwa i powietrza

167 606 we wstępnych etapach spalania. Połączenie wymienionych powyżej właściwości umożliwia osiągnięcie w układzie 12 skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym bardzo niskich emisji NOx przy minimalnym oddziaływaniu na pracę pieca 10.

Podsumowując, zasada, na której oparty jest układ 12 skupionego spalania koncentrycznego z podawniem tangencjalnym według wynalazku wykorzystuje fakt, że zarówno opóźnione spalanie z powietrzem wtórnym, jak i ostateczna zawartość O2 w piecu mają największy wpływ na ostateczny poziom emisji NOx z pieca. Z danych badawczych zebranych przez składającego niniejsze zgłoszenie wynika, że wytwarzanie NOxjest minimalne przy stosunkach stechiometrycznych etapu pierwotnego zawierających się między 0,5 i 0,85, ale również, że wytwarzanie NOx rośnie zarówno powyżej, jak i poniżej tego okna stechiometrycznego. Tak więc celem programu testowego kończącego opracowanie układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym stanowiącego przedmiot niniejszego wynalazku było opracowanie układu silnie opóźnionego spalania z zasilaniem tangencjalnym przy ograniczeniu się do skrzyń nadmuchowych istniejących zasilanych tangencjalnie pieców na paliwo mineralne w celu zapewnienia przydatności układu spalającego do modernizacji.

Kontynuując należy stwierdzić, że skrzynia nadmuchowa 20 układu skupionego spalania koncentrycznego z podawniem tangencjalnym skonstruowana zgodnie z niniejszym wynalazkiem różni się od konwencjonalnej skrzyni nadmuchowej zasilanego tangencjalnie pieca na paliwo mineralne w kilku szczegółach. Po pierwsze dysze paliwowe instaluje się w grupach po dwie, patrz 38,40 i 68, 70 na fig. 2 rysunku. Między grupą dysz paliwowych 38,40 i 68,70 znajdują się bardzo duże komory 50,52,54 przeznaczone do pomieszczenia w nich kątowych dysz powietrznych 56,58, 60. Po drugie, stosowane są dwa układy powietrza wtórnego zamiast jednego. Obiegowe dysze powietrza wtórnego, oznaczone jako 78, 80 na fig. 2 rysunku umieszczone są na szczycie skrzyni nadmuchowej 20, lecz oddzielne dysze powietrza nadmuchowego oznaczone 90, 92, 94 na fig. 2 rysunku są oddzielone od skrzyni 20 choć znajdują się dokładnie nad nią w pewnej od niej odległości. Jak to najlepiej widać na fig. 6 rysunku, łączna pojemność obiegowych dysz powietrza wtórnego 78, 80 i oddzielnych dysz powietrza wtórnego 90, 92, 94 jest wystarczająca do pracy skrzyni nadmuchowej 20 poniżej obiegowych dysz powietrza wtórnego 78, 80 ze stosunkiem stechiometrycznym wynoszącym około 0,85. Z drugiej strony, jak to również widać najlepiej na fig. 6 rysunku, stosunek stechiometryczny powyżej obiegowych dysz powietrza wtórnego 78,80 wynosi w przybliżeniu 1,0.

Dalszy opis dotyczy wnętrza dyszy powietrznej 24. Przy tym opis odnosi się do fig. 4. Jednak przed kontynuacją opisu dyszy powietrznej 24 warto zwrócić uwagę na fakt, że jak to opisano powyżej, dysza powietrza 24 jest montowana, korzystnie, przy dolnym końcu skrzyni nadmuchowej 20 przy usytuowaniu tej skrzyni nadmuchowej z kolei wewnątrz komory 14 spalania pieca 10. Ponadto korzystne jest, jeżeli takie skrzynie nadmuchowe 20 rozmieszczone są po jednej w każdym narożniku pieca 10 tworząc konstrukcję, w której w zasadzie istnieją dwie pary skrzyń nadmuchowych 20 i w której skrzynie nadmuchowe 20 każdej pary znajdują się naprzeciwko siebie po przekątnej, tak że umowna linia wykreślona pomiędzy nimi przechodzi przez środek pieca 10.

Biorąc powyższe za podstawę, dysza powietrza 24 odpowiednio do jej przedstawienia na fig. 3 rysunku zawiera końcówkę dyszy oznaczoną odnośnikiem 98; środki tłumiące, oznaczone odnośnikiem 100 służące do zmiany wielkości przepływu powietrza przez dyszę powietrzną 24; środki napędu przechylania oznaczone odnośnikiem 102 służące do zmiany kąta przechyłu końcówki 98 dyszy względem poziomu to znaczy płaszczyzny poziomej, w której znajduje się końcówka 98; element zapłonowy oznaczony odnośnikiem 104 służący do wytwarzania stabilnego płomienia w pobliżu dyszy powietrznej 24 w komorze 14 spalania pieca 10 oraz czujnik płomienia oznaczony odnośnikiem 106 służący do stwierdzania w pobliżu dyszy powietrznej 24 zaniku płomienia w komorze spalania pieca 10. Ponieważ szczegóły konstrukcyjne i zasada pracy dyszy powietrznej, poza opisanymi powyżej, są znane specjalistom, to dalszy opis uznano za niekonieczny dla zrozumienia istoty konstrukcji i zasady działania układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym, którego dotyczy niniejszy wynalazek.

Następnie dalszy opis będzie dotyczył wnętrza kątowych dysz powietrznych 56, 58 i 60. Ponieważ kątowe dysze powietrzne 56, 58 i 60 są wszystkie identyczne, to poniżej opisano tylko jedną z kątowych dysz powietrznych 56, 58 i 60. Przy tym opis odnosi się do fig. 4 i 5 rysunku, przy

167 606 czym rozumie się, że w poniższym opisie kątowa dysza powietrzna przedstawiona na fig. 4 rysunku jest kątową dyszą powietrzną oznaczoną odnośnikiem 57 na fig. 2. Jednak podobnie jak w przypadku opisu dyszy powietrznej 24 uważa się za celowe przed przystąpieniem do opisu kątowych dysz powietrznych 56, 58 i 60 zwrócić uwagę na fakt, że kątowe dysze powietrzne 56, 58 i 60 zainstalowane są odpowiednio w skrzyni nadmuchowej 20 w zasadzie w sąsiedztwie pierwszej grupy dysz paliwowych 38 i 40, a skrzynia nadmuchowa 20 z kolei jest odpowiednio usytuowana wewnątrz komory 14 spalania pieca 10. Ponadto korzystne jest, jak wspomniano powyżej, jeżeli takie skrzynie nadmuchowe 20 rozmieszczone po jednej w każdym z narożników pieca 10 tworząc konstrukcję, w której w zasadzie istnieją dwie pary skrzyń nadmuchowych 20 i w której skrzynie nadmuchowe 20 każdej pary znajdują się naprzeciwko siebie po przekątnej, tak że umowna linia wykreślona pomiędzy nimi przechodzi przez środek pieca 10.

Biorąc powyższe za podstawę, jedna z identycznych kątowych dysz powietrznych 56, 58 i 60 odpowiednio do jej przedstawienia na fig. 4 rysunku zawiera końcówkę dyszy oznaczoną odnośnikiem 108, przy czym końcówka 108 dyszy zaopatrzona jest w pełniący opisane poniżej funkcje zespół łopatek obrotowych, z których każda dla uproszczenia oznaczonajest tym samym odnośnikiem 110; środki tłumiące oznaczone odnośnikiem 112, służące do zmiany wielkości przepływu powietrza przez kątową dyszę powietrzną 56; środki napędu przechylania oznaczone odnośnikiem 114, służące do zmiany kąta przechyłu końcówki 108 dyszy względem poziomu, to znaczy płaszczyzny poziomej, w której znajduje się końcówka 108; element zapłonowy oznaczony odnośnikiem 116 służący do wytwarzania stabilnego płomienia w pobliżu kątowej dyszy powietrznej 56 komorze 14 spalania pieca 10 oraz czujnik płomienia oznaczony odnośnikiem 118 służący do stwierdzania w pobliżu kątowej dyszy powietrznej 56 zaniku płomienia w komorze 14 spalania pieca 10. W dalszym ciągu omawia się działanie obrotowych łopatek 110 umieszczonych w końcówce dyszy. W tym celu przy opisie powołano się w szczególności na fig. 5 rysunku.

Jak to widać najlepiej na fig. 5, paliwo, które wtryskiwane jest do komory 14 spalania pieca 10 przez pierwszą grupę dysz paliwowych 38,40 oraz drugą grupę dysz paliwowych 68, 70 kierowane jest w stronę umownego niewielkiego okręgu oznaczonego na fig. 5 odnośnikiem 120, znajdującego się w środku komory 14 spalania pieca 10. W odróżnieniu do paliwa, powietrze, które wtryskiwane jest do komory 14 spalania pieca 10 przez kątowe dysze powietrzne 56, 58 i 60 w wyniku oddziaływania obrotowych łopatek 110, kierowane jest w stronę innego umownego okręgu, o większej średnicy, oznaczonego na fig. 5 odnośnikiem 122, który, ponieważ jest koncentryczny z małym okręgiem 120, jest również koncetryczny z komorą 14 spalania pieca 10. Tak więc z fig. 5 rysunku wynika w sposób oczywisty, że w wyniku działania obrotowych łopatek 110 umieszczonych w końcówce 108 dyszy, powietrze, które jest wtryskiwane do komory 14 spalania pieca 10 przez kątowe dysze powietrzne 56, 58 i 60, kierowane jest do okręgu 122 o większej średnicy, to znaczy na zewnątrz paliwa wtryskiwanego do komory 14 spalania pieca 10 i kierowanego w stronę mniejszego okręgu przez pierwszą grupę dysz paliwowych 38,40 oraz drugą grupę dysz paliwowych 68,70, i ku ścianom pieca 10. Jak widać, powietrze wprowadzane jest do komory 14 spalania pieca 10 przez kątowe dysze powietrzne 56, 58 i 60 działając jak „powietrze graniczne zabezpieczając ściany pieca 10 przed atmosferą redukującą, która występuje wewnątrz pieca 10 podczas jego pracy. Na koniec, ponieważ zarówno szczegóły konstrukcyjne, jak i zasada pracy kątowych dysz powietrznych 56, 58 i 60, poza opisanymi powyżje, są znane specjalistom, to szczegółowe ich omówienie uznano za niekonieczne dla zrozumienia istoty konstrukcji i zasady działania układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym, będącego przedmiotem wynalazku. Jednak w przypadku uznania za potrzebne pełniejszego zapoznania się ze szczegółami konstrukcji i/lub zasady działania kątowych dysz powietrznych 56, 58 i 60 można odwołać się w tym celu do stanu techniki.

Jak wspomiano poprzednio, fig. 7 rysunku stanowi wykres porównania poziomu NOxw ppm osiągniętego w piecu na paliwo mineralne, na przykład w piecu 10, przy użyciu znanego standardowego typu układu zasilania oraz przy wykorzystaniu układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym według niniejszego wynalazku. Na fig. 7 linia oznaczona odnośnikiem 124 stanowi wykres zawartości NOxw ppm osiągniętej w piecu na paliwo mineralne, na przykład w piecu 10, wyposażonym w znany standardowy układ zasilania, natomiast linia oznaczona odnośnikiem 126 na fig. 7 stanowi wykres poziomu zawartości NOx w ppm osiągniętego

167 606 w piecu na paliwo mineralne, na przykład w piecu 10, wyposażonym w układ 12 skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym według niniejszego wynalazku. Z fig. 7 rysunku widać, że zastosowanie układu skupionego spalania koncetrycznego z podawaniem tangencjalnym według niniejszego wynalazku, w którym dysze paliwowe 38,40,68 i 70 połączone są w „grupy“ w porównaniu z wykorzystaniem znanego rodzaju układu zasilania, w którym dysze paliwowe nie są połączone w “grupy“ możliwe jest zmniejszenie emisji NOx o 10%· do 15% przy normalnych poziomach naddatku powietrza, to znaczy 2,5% do 3,5% O2 i w którym stosowane są umiarkowane poziomy powietrza wtórnego, to znaczy 20%. Z przeprowadzonych testów, na których oparto wykres zamieszczony na fig. 7 rysunku, wynika ponadto, że powyższe rezultaty, osiągane przez łączenie w grupy w układzie 12 skupionego spalania koncetrycznego z podawaniem tangencjalnym według niniejszego wynalazku dysz paliwowych 38, 40, 78 i 70, osiąga się przy jednoczesnym osiągnięciu docelowych poziomów emisji NOx wynoszących 400 mg/Nm³ przy 6% O2, to znaczy 0,32 1b/MBtu lub 240 ppm przy 3% O2, oraz przy stosowaniu 30% powietrza wtórnego i poziomie naddatku powietrza wynoszącym 3%-4% O2, bez statystycznego wzrotu emisji nie spalonego węgla. Dla porównania, przy stosowaniu w tych samych warunkach znanego standardowego układu zasilania, poziom emisji NOx wynosi 475 ppm. Tak więc osiągnięto w tych warunkach przy stosowaniu układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym według wynalazku redukcją poziomu emisji NOx powyżej 50% w stosunku do poziomu uzyskiwanego przy zastosowaniu znanych typowych układów zasilających.

Poniżej opisano inne wykonanie układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym według wynalazku. Mówiąc dokładniej, opisano wykonanie układu skupionego spalania koncetrycznego z podawaniem tangencjalnym według wynalazku, odpowiedniego zwłaszcza do stosowania w wielopaliwowym piecu mającym możliwość spalania węgla. Do celów niniejszego opisu następuje odwołanie się do fig. 7 rysunku, na której przedstawiono układ skupionego spalania koncetrycznego z podawaniem tangencjalnym oznaczony ogólnie odnośnikiem 128, szczególnie dobrze nadający się do wykorzystania, w piecu wielopaliwowym mającym możliwość spalania węgla. Według wykonania przedstawionego na fig. 8 rysunku układ skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym 128 zawiera trzy pary komór paliwowych oznaczonych odnośnikami 130 i 132, 134 i 136 oraz 138 i 140 na fig. 8. Jednak jest oczywiste, że bez odchodzenia od istoty niniejszego wynalazku układ skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym 128 może zawierać mniejszą liczbę par komór paliwowych, na przykład liczbę, w jakiej występują one w przypadku przedstawionego powyżej układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym lub więcej par komór paliwowych (nie pokazane).

Kontynuując, układ 128 skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym wykonany jest w sposób przedstawiony na fig. 8 rysunku. Mianowicie, układ 128 skupionego spalania koncetrycznego z podawaniem tangencjalnym zaopatrzony jest w obudowę, korzystnie w postaci skrzyni nadmuchowej oznaczonej na fig. 8 odnośnikiem 142. Na spodzie skrzyni nadmuchowej 142 umieszczona jest pierwsza komora powietrzna oznaczona odnośnikiem 144, jak to przedstawiono na fig. 8. Wewnątrz komory powietrznej 144 za pomocą konwencjonalnych środków mocujących zainstalowana jest dysza powietrzna oznaczona odnośnikiem 146. Wewnątrz skrzyni nadmuchowej 144, w dolnej jej części, znajduje się pierwsza para omówionych powyżej komór paliwowych 130 i 132 umieszczonych w zasadzie w bezpośrednim sąsiedztwie pierwszej komory powietrznej 144. Wewnątrz każdej pary komór paliwowych 130 i 132 zainstalowana jest pierwsza grupa dysz paliwowych oznaczonych odnośnikami 148 i 150, zamocowana za pomocą konwencjonalnych środków tak, że dysza paliwowa 148 zainstalowana jest w komorze paliwowej 130, a dysza paliwowa 150 zainstalowana jest w komorze paliwowej 132. Wewnątrz skrzyni nadmuchowej 144 zainstalowana jest pierwsza komora olejowa/gazowa oznaczona odnośnikiem 52 w zasadzie bezpośrednio nad komorą paliwową 132. Wewnątrz komory olejowej/gazowej znajduje się dysza paliwowa oznaczona odnośnikiem 154. Jest oczywiste, że w przypadku stosowania oleju dysza paliwowa 154 będzie dyszą olejową, natomiast w przypadku stosowania gazu dysza paliwowa 154 będzie dyszą gazową.

W skrzyni nadmuchowej 144 znajduje się również pierwsza kątowa komora powietrzna, oznaczona odnośnikiem 156, znajdująca się w bezpośrednim sąsiedztwie komory olejowej/gazowej 152. Wewnątrz kątowej komory powietrznej 156 zainstalowana jest kątowa dysza powietrzna

167 606 oznaczona odnośnikiem 158. W skrzyni nadmuchowej 144 zainstalowana jest druga komora olejowa/gazowa oznaczona odnośnikiem 160 w zasadzie w bezpośrednim sąsiedztwie kątowej komory powietrznej 156. Wewnątrz komory olejowej/gazowej 160 za pomocą konwencjonalnych środków mocujących zainstalowana jest dysza paliwowa oznaczona odnośnikiem 162. Jest oczywiste, że w przypadku stosowania oleju dysza paliwowa 162 będzie dyszą olejową, natomiast w przypadku stosowania gazu dysza paliwowa 162 będzie dyszą gazową. Wewnątrz skrzyni nadmuchowej 144 zainstalowana jest również druga para omówionych powyżej komór paliwowych 134 i 136 umieszczonych w zasadzie w bezpośrednim sąsiedztwie komory olejowej/gazowej 160. Wewnątrz każdej pary komór paliwowych 134 i 136 zainstalowana jest druga grupa dysz paliwowych oznaczonych odnośnikami 164 i 166 zamocowana tak, że dysza paliwowa 164 zainstalowana jest w komorze paliwowej 134, a dysza paliwowa 166 zainstalowana jest w komorze paliwowej 136.

Kontynuując, w układzie 128 skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym zbudowanym w sposób przedstawiony na fig. 8, w skrzyni nadmuchowej 144 zainstalowanajest trzecia komora olejowa/gazowa oznaczona odnośnikiem 168 w zasadzie w bezpośrednim sąsiedztwie kątowej komory powietrznej 136. Wewnątrz komory olejowej/gazowej 168, za pomocą konwencjonalnych środków mocujących, zainstalowana jest dysza paliwowa oznaczona odnośnikiem 170. Jest oczywiste, że w przypadku stosowania oleju dysza paliwowa 170 będzie dyszą olejową, natomiast w przypadku stosowania gazu dysza paliwowa 170 będzie dyszą gazową. Wewnątrz skrzyni nadmuchowej 144 zaistalowana jest druga kątowa komora powietrzna, oznaczona odnośnikiem 172, znajdująca się w bezpośrednim sąsiedztwie komory olejowej/gazowej 170. Wewnątrz kątowej komory powietrznej 172 zainstalowana jest kątowa dysza powietrzna oznaczona odnośnikiem 174. W skrzyni nadmuchowej 144 zainstalowana jest czwarta komora olejowia/gazowa oznaczona odnośnikiem 176, w zasadzie w bezpośrednim sąsiedztwie kątowej komory powietrznej 172. Wewnątrz komory olejowej/gazowej 176 za pomocą konwencjonalnych środków mocujących zainstalowana jest dysza paliwowa oznaczona odnośnikiem 178. Jest oczywiste, że w przypadku stosowania oleju dysza paliwowa 178 będzie dyszą olejową natomiast w przypadku stosowania gazu dysza paliwowa 178 będzie dyszą gazową.

Wewnątrz skrzyni nadmuchowej 144 zainstalowana jest trzecia para wspomnianych powyżej komór paliwowych 130 i 140, tak że znajduje się w bezpośrednim sąsiedztwie komory olejowej/gazowej 176. Wewnątrz każdej pary komór paliwowych 138 i 1340 zainstalowana jest trzecia grupa dysz paliwowych oznaczonych odnośnikami 180 i 182 zamocowana tak, że dysza paliwowa 180 zainstalowanajest w komorze paliwowej 138, a dysza paliwowa 182 zainstalowana jest w komorze paliwowej 138, a dysza paliwowa 182 zainstalowana jest w komorze paliwowej 140. W skrzyni nadmuchowej 144 zainstalowana jest piąta komora olejowa/gazowa oznaczona odnośnikiem 184 w zasadzie w bezpośrednim sąsiedztwie komory paliwowej 140. Wewnątrz komory olejowee/gazowej 184 za pomocą konwencjonalnych środków mocujących zainstalowana jest dysza paliwowa oznaczona odnośnikiem 186. Jest oczywiste, że w przypadku stosowania oleju dysza paliwowa 186 będzie dyszą olejową natomiast w przypadku stosowania gazu dysza paliwowa 186 będzie dyszą gazową. W skrzyni nadmuchowej 144 umieszczona jest druga komora powietrzna, zainstalowana w bezpośredniej bliskości komory olejowej/gazowej 186. Wewnątrz komory powietrznej 188 za pomocą konwencjonalnych środków mocujących zainstalowana jest dysza powietrzna oznaczona odnośnikiem 190.

Na zakończenie opisu należy wspomnieć, że w układzie 128 skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym przedstawionym na fig. 8 rysunku wewnątrz skrzyni nadmuchowej 144 znajduje się omówiona powyżej obiegowa komora powietrza wtórnego oznaczona odnośnikiem 192 umieszczona w zasadzie w bezpośrednim sąsiedztwie komory powietrznej 188. Wewnątrz obiegowej komory 192 powietrza wtórnego zainstalowana jest dysza obiegowa powietrza wtórnego oznaczona odnośnikiem 194. W pewnej odległości od obiegowej komory 192 powietrza wtórnego zamocowany jest zespół oddzielnych komór powietrza wtórnego, które znajdują się dokładnie nad nią, w tej samej odległości od osi podłużnej skrzyni nadmuchowej 144. Wspomniany zespół oddzielnych komór powietrza wtórnego, zgodnie z wykonaniem układu 128 skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym, przedstawionego na fig. 8 rysunku, zawiera takie komory w liczbie trzech, oznaczone odnośnikami, odpowiednio 196,198 i 200. Wewnątrz zespołu oddzielnych komór powietrza wtórnego 196, 198 i 200 zainstalowany jest

167 606 zespól oddzielnych dysz powietrza wtórnego, oznaczonych odnośnikami, odpowiednio 202,204 i 206, przy czym oddzielna dysza 202 powietrza wtórnego zainstalowana jest w oddzielnej komorze 196 powietrza wtórnego, oddzielna dysza 204 powietrza wtrónego zainstalowana jest w oddzielnej komorze 198 powietrza wtórnego, a oddzielna dysza 206 powietrza wtórnego zainstalowana jest w oddzielnej komorze 200 powietrza wtórnego.

Jakkolwiek nie przedstawiono tego na fig. 8 rysunku, jest oczywiste, że dysze powietrzne 146 i 190, kątowe dysze powietrzne 158 i 174, obiegowa dysza 194 powietrza wtórnego oraz oddzielne dysze 202, 204 i 206 powietrza wtórnego połączone są oddzielnie w sposób podobny do przedstawionego na fig. 1 rysunku ze środkami zasilania powietrzem, na przykład ze środkami zasilania 26 przedstawionymi na fig. 1 przy czym powietrze dostarczane jest z dmuchawy na przykład dmuchwy 28 do każdej z dysz powietrznych 146 i 190, każdej z kątowych dysz powietrznych 158 i 174, do obiegowej dyszy 194 powietrza wtórnego i każdej z oddzielnych dysz 202, 204 i 206 powietrza wtórnego i przez nie do obszaru spalania wewnątrz komory 14 spalania pieca, na przykład pieca 10 wyposażonego w układ 144 skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym, przedstawiony na fig. 8.

Podobnie, każda z dysz paliwowych 148, 150, 164, 166, 180 i 182 połączona jest, w sposób podobny do przedstawionego na fig. 1, ze środkami zasilania paliwem, na przykład środkami 42 zasilania paliwem przedstawionymi na fig. 1, przy czym węgiel dostarczany jest z rozpylacza, na przykład rozpylacza 44, do każdej z dysz paliwowych 148,150,164,166,180 i 182 i poprzez nie do komory spalania, na przykład komory spalania 14 pieca, na przykład pieca 10 wyposażonego w układ 144 skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym przedstawiony na fig. 8. Na koniec, każda z dysz paliwowych 154, 162, 170, 178, 186 połączona jest, w sposób podobny do przedstawionego powyżej w związku z omawianiem dysz paliwowych 148, 150, 164, 166, 180 i 182 ze środkami zasilania paliwem, zbudowanymi w sposób podobny do środków 42 zasilania paliwem, przy czym paliwo w postaci oleju, w przypadku stosowania oleju, lub gazu, w przypadku zasilania gazem dostarczane jest z odpowiedniego źródła oleju lub gazu, zależnie od przypadku, do każdej z dysz paliwowych 154,162,170,178,186 i poprzez nie do komory spalania, na przykład komory spalania 14 pieca 10 wyposażonego w układ 144 skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym przedstawiony na fig. 8.

Na figurze 9 rysunku przedstawiono piec na paliwo mineralne wyposażony zarówno w układ dopalania, jak i w układ skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym. Opis dotyczy sposobu realizacji tego wyposażenia. Do celów niniejszego opisu przyjmuje się, że piec na paliwo mineralne przedstawiony na fig. 9, na której piec na paliwo mineralne oznaczony jest ogólnie odnośnikiem 208, wyposażony jest w układ skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym w tej samej konfiguracji, jak układ 12 skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym przedstawiony na fig. 1 i 2 rysunku. Ponieważ istota konstrukcji układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym została opisana szczegółowo uprzednio, to nie uważa się, aby dla zrozumienia przez specjalistę sposobu wyposażania pieca 208 zarówno w układ dopalania, jak i układ 12 skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym było potrzebne powtarzanie tego opisu. Uważa się, że wystarczające jest zwrócenie uwagi na fakt, że strzałka oznaczona odnośnikiem 210 schematycznie wskazuje względne położenie wewnątrz pieca 208 pierwszej grupy dysz paliwowych 38 i 40 układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym, że strzałka oznaczona odnośnikiem 212 schematycznie wskazuje względne położenie wewnątrz pieca 208 dysz 56,58 i 60 powietrza wtórnego układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym, że strzałka oznaczona odnośnikiem 214 schematycznie wskazuje względne położenie wewnątrz pieca 208 drugiej grupy dysz paliwowych 68 i 70 układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym, że strzałka oznaczona odnośnikiem 216 schematycznie wskazuje względne położenie wewnątrz pieca 208 obiegowych dysz 78 i 80 powietrza wtórnego układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym oraz, że strzałka oznaczona odnośnikiem 216 schematycznie wskazuje względne położenie wewnątrz pieca 208 oddzielnych dysz 90, 92 i 94 powietrza wtórnego układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym.

Przedstawiony na fig. 9 rysunku piec 208 wyposażony jest zarówno w układ dopalania, jak i w układ 12 skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym, przy czym należy

167 606 zwrócić uwagę na fakt, że dla uproszczenia wylot pieca 208 oznaczony został schematycznie na fig. 9 linię przerywaną, oznaczoną odnośnikiem 220, i że paliwo wykorzystywane do dopalania wtryskiwane jest do pieca 208 w miejscu wskazanym na fig. 9 strzałką oznaczoną odnośnikiem 222. Paliwo dopalające wykorzystywane przy tym może być, korzystnie, nie spalonym paliwem, na przykład gazem naturalnym lub zawracanymi gazami płomieniowymi. Przy tym paliwo dopalające wtryskiwane jest do pieca 208 w miejscu oznaczonym strzałką 222 na fig. 9 za pomocą dyszy paliwowej o dowolnym konwencjonalnym kształcie, nadającej się do tego celu.

Jak widać na fig. 9 rysunku, piec 208 ma w zasadzie trzy strefy, mianowicie, główną strefę spalania płomieniowego oznaczoną odnośnikiem 224, znajdującą się w dolnej części pieca 208, jak to widać na fig. 9, strefę dopalania oznaczoną odnośnikiem 226, umieszczoną za, licząc w kierunku przepływu, główną strefę spalania płomieniowego 224, to znaczy w środkowej części pieca 208, jak to widać na fig. 9, oraz strefę zakończenia spalania oznaczoną odnośnikiem 228, znajdującą się za, licząc w kierunku przepływu, strefą dopalania 226, to znaczy w górnej części pieca 208, jak to widać na fig. 9. Działanie układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym odbywa się w zasadzie w górnej strefie spalania płomieniowego 224. Przy tym, zgodnie z opisanym powyżej sposobem działania układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym, powietrze wprowadzane jest do pieca 208 na jego pierwszym poziomie; skupione paliwo wprowadzane jest do pieca 208 na jego drugim poziomie, to znaczy w miejscu oznaczonym strzałką 210 w celu utworzenia wewnątrz pieca 208 pierwszej strefy wzbogaconej w paliwo; powietrze wtórne wprowadzane jest do pieca 208 na trzecim jego poziomie, to znaczy w miejscu oznaczonym strzałką 212 tak, że powietrze wtórne kierowane jest na zewnątrz uprzednio wprowadzonego do pieca 208 skupionego paliwa w stronę ścian pieca 208; dodatkowe skupione paliwo wprowadzane jest do pieca 208 na jego czwartym poziomie, to znaczy w miejscu oznaczonym strzałką 214 w celu utworzenia wewnątrz pieca 208 drugiej strefy wzbogaconej w paliwo; a obiegowe powietrze wtórne wprowadzane jest do pieca 208 na piątym jego poziomie, to znaczy w miejscu oznaczonym strzałką 216. Poza tym warto zwrócić uwagę na fakt, że oddzielne powietrze wtórne, stanowiące część układu skupionego spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym, według niniejszego wynalazku nie jest wtryskiwane do pieca 208 w głównej strefie spalania płomieniowego 224, lecz wprowadzane jest do pieca 208 za, licząc w kierunku przepływu, strefą dopalania 226, to znaczy w miejscu oznaczonym odnośnikiem 218, które, jak to widać wyraźnie na fig. 9 rysunku znajduje się pomiędzy strefą dopalania 226 a strefą zakończenia spalania 228.

Paliwo dopalające, jak to oznaczono strzałką 222 na fig. 9 rysunku, wtryskiwane jest za, licząc w kierunku przepływu, główną strefą 224 spalania płomieniowego w celu utworzenia wzbogaconej w paliwo strefy redukcyjnej oznaczonej na fig. 9 jako strefa dopalania 226. Azot docierający do strefy dopalania 226 pochodzi z następujących czterech źródeł: NOx, N2, N2O, opuszczające główną strefę spalania płomieniowego 224, oraz azot paliwowy zawarty w strefie dopalania. Zawarte w paliwie związki azotowe oczywiście rozkładają się początkowo tworząc HCN, który następnie przechodzi w NH3, NH2, N. Aminy mogą reagować z NO lub innymi aminami tworząc N2, lub z O i OH tworząc NOx. Jeżeli przekształcenie w N2 nie jest zupełne, to niektóre związki zawierające składniki aktywne azotu, na przykład NO, azotek węgla, NH3 i HCN mogą utrzymać się aż do końca strefy dopalania 226. Tak więc w celu zmaksymalizowania redukcji NOx przy dopalaniu konieczna jest minimalizacja ogólnej zawartości związków reaktywnych opuszczających strefę dopalania 226.

W strefie zakończenia spalania 228 powietrze dodawane w postaci oddzielonego powietrza wtórnego w miejscu oznaczonym strzałką 218 na fig. 9 ma za zadanie spowodowanie ogólnego zubożenia w celu utlenienia pozostałego paliwa w górnej części pieca 208, lecz w tych warunkach reaktywny azot ulega przetworzeniu głównie na NOx. Jest zatem ważna minimalizacja poziomu O2 w strefie zakończenia spalania 228, w celu zapobieżenia znacznemu wzrostowi emisji NOxw tym końcowym etapie spalania wstępującym w piecu 208.

Na podstawie powyższego opisu staje się oczywiste, że w piecu 208 powinny występować dwa oddzielne stopnie spalania, to znaczy strefa głównego spalania płomieniowego 224 i strefa zakończenia spalania 228, z niezależnie regulowanymi stosunkami stechiometrycznymi. Przy tym regulacja stosunków stechiometrycznych spalania w różnych miejscach pieca 208 pozwala na osiągnięcie niższego poziomu emisji NOx niż przy stosowaniu innych sposobów modyfikacji spalania.

167 606

Tak więc według niniejszego wynalazku otrzymuje się nowy udoskonalony układ zasilania zmniejszający emisję NOx do zastosowania w piecach na paliwo mineralne. Przy tym według niniejszego wynalazku otrzymuje się zmniejszający emisję NOx układ zasilania do pieców na paliwo mineralne nadający się zwłaszcza do zastosowania w zasilanych tangencjalnie piecach na pył węglowy. Poza tym zagodnie z niniejszym wynalazkiem otrzymuje się układ zasilania do pieców na paliwo mineralne charakteryzujący się możliwością zmniejszenia emisji NOx do poziomów przynajmniej równoważnych lub lepszych niż te, które obecnie rozważane są jako norma dla Stanów Zjednoczonych w proponowanej ustawie. Również według niniejszego wynalazku możliwe jest otrzymanie zmniejszającego emisje NOx układu zasilania do pieców na paliwo mineralne, charakteryzującego się tym, że przy jego zastosowaniu można osiągnąć redukcję poziomu emisji NOx aż o 50% do 60% w stosunku do poziomu uzyskiwanego przy zastosowaniu pieców na paliwo mineralne wyposażonych w znane układy zasilające.

Ponadto według niniejszego wynalazku otrzymuje się zmniejszający emisje NOx układ zasilania charakteryzujący się tym, że stosowanych jest w nim kilka warstw wzbogaconych w paliwo stref w komorze spalania pieca. Również według niniejszego wynalazku otrzymuje się pozwalający na zmniejszenie emisji NOx układu zasilania do pieców na paliwo mineralne, który charakteryzuje się tym, że przy jego zastosowaniu ułatwiony jest bezpośredni zapłon, a występowanie wysokiej temperatury wraz z towarzyszącym jej efektem uwalniania zawartego w związkach organicznych azotu z pyłu węglowego wprowadzanego w celu spalania, w piecu ogranicza się do dużych stref wzbogaconych w paliwo. Poza tym, zgodnie z niniejszym wynalazkiem, otrzymuje się pozwalający na zmniejszenie emisji NOx układ zasilania do pieców na paliwo mineralne, który charakteryzuje się tym, że przy jego zastosowaniu następuje stabilizacja frontu paliwa, i wstępne uwalnianie w strefach wzbogaconych związanego z paliwem azotu, przy czym związany z paliwem azot w strefach wzbogaconych ulega konwersji w N2.

Poza tym, według niniejszego wynalazku otrzymuje się pozwalający na zmniejszenie emisji NOx układ zasilania do pieców na paliwo mineralne, który charakteryzuje się tym, że przy jego stosowaniu zapewnione są ilości powietrza wtórnego wystarczające do zakończenia efektywnego spalania wzbogaconych w paliwo gazów piecowych, przed ich dotarciem do kanałów konwekcyjnych pieca. Ponadto według niniejszego wynalazku otrzymuje się pozwalający na zmniejszenie emisji NOx układ zasilania do pieców na paliwo mineralne, który charakteryzuje się tym, że przy jego stosowaniu nie wymaga ponoszenia kosztów związanych z niezbędnymi do jego pracy dodatków, katalizatorów lub uzupełniających paliw wysokiej jakości. Ponadto według niniejszego wynalazku otrzymuje się pozwalający na zmniejszenie emisji NOx układ zasilania do pieców na paliwo minerlane, który charakteryzuje się tym, że przy jego stosowaniu zapewnia eliminację korozji ekranu wodnego występującej przy silnie opóźnionym spalaniu. Również według niniejszego wynalazku otrzymuje się pozwalający na zmniejszenie emisji NOx układ zasilania do pieców na paliwo mieneralne, który charakteryzuje się ogólną kompatybilnością z innymi układami redukcji emisji, na przykład układami z wtryskiwaniem wapienia, układami dopalającymi i układami selektywnej redukcji katalitycznej (SCR), umożliwiając ich zastosowanie w celu osiągnięcia dalszego zmniejszenia emisji. Na koniec według niniejszego wynalazku otrzymuje się pozwalający na zmniejszenie emisji NOx układ zasilania do pieców na paliwo mineralne, który charakteryzuje się tym, że nadaje się do zastosowania zarówno w nowych instalacjach, jak i przy moderniz.acjach.

Mimo że przedstawiono kilka wykonań naszego wynalazku, to jest oczywiste, że możliwe są jego modyfikacje, z których część wymieniono powyżej, oczywiste dla specjalisty. Uważamy zatem, że wszelkie tego rodzaju i inne modyfikacje objęte są ideą i zakresem wynalazku określonymi w załączonych zastrzeżeniach.

Fig. 2

Fig. 6

Zawartość Ν0_χ w ppm (milionowych częściach) przy 3% zawartości O-

.5

Fig. 8

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 90 egz Cena 1,50 zł

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   11. Układ spalania koncentrycznego z podawaniem tangencjalnym umieszczony w piecu na paliwo mineralne ze ścianami tworzącymi komorę spalania zawiera pierwszą skrzynię nadmuchową zamontowaną w komorze spalania, pierwszą parę komór paliwowych zamontowanych na pierwszym poziomie wewnątrz wymienionej pierwszej skrzyni nadmuchowej, parę dysz paliwowych zainstalowanych wewnątrz pierwszej pary komór paliwowych, komorę powietrzną zamontowaną na drugim poziomie wewnątrz pierwszej skrzyni nadmuchowej tak, że znajduje się w bezpośrednim sąsiedztwie pierwszej pary komór paliwowych, dyszę powietrzną zamontowaną w komorze powietrznej, drugą skrzynię nadmuchową zamontowaną w komorze spalania w pewnej odległości i równolegle do pierwszej skrzyni nadmuchowej, oddzielną komorę powietrza wtórnego zamontowaną wewnątrz drugiej skrzyni nadmuchowej, oddzielną dyszę powietrza wtórnego zamontowaną wewnątrz oddzielnej komory powietrza wtórnego, znamienny tym, że posiada drugą parę komór paliwowych (64,66) zamontowaną na trzecim pozimie wewnątrz pierwszej skrzyni nadmuchowej (20), zespół dysz paliwowych (68, 70) zamontowany wewnątrz drugiej pary komór paliwowych (64, 66); obiegową komorę powietrza wtórnego (74) zamontowaną na czwartym pozimie wewnątrz pierwszej skrzyni nadmuchowej (20) tak, że znajduje się w bezpośrednim sąsiedztwie jednej komory paliwowej z drugiej pary komór paliwowych (64, 66); obiegową dyszę powietrza wtórnego (78) zamontowaną wewnątrz obiegowej komory powietrza wtórnego (74), urządzenie (42) zasilania paliwem podłączone do pary dysz paliwowych (38,40) dostarczające paliwo tych dysz i przez nie do komory spalania (14) i podłączone do zespołu dysz paliwowych (68, 70) dostarczając paliwo do tego zespołu, a przez nie do komory spalania (14) powodując powstanie strefy wzbogaconej w paliwo; urządzenie (26) zasilania powietrzem podłączone do dyszy powietrznej (56) i podłączone do obiegowej dyszy powietrza wtórnego (78) dostarczając pewną ilość powietrza do dyszy powietrznej (56) i do obiegowej dyszy powietrza wtórnego (78) a przez nią do komory spalania (14) uzyskując w ten sposób w niej stosunek stechiometryczny w przybliżeniu o wartości 0,85 oraz podłączone do oddzielnej dyszy powietrza wtórnego (90) dostarczając pewną ilość powietrza do oddzielnej dyszy powietrza wtórnego (90) a przez nią do komory spalania (14) uzyskując w ten sposób w niej stosunek stechiometryczny w przybliżeniu o wartości 1,0.
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że para dysz paliwowych (38,40) jest umieszczona w zespole, a urządzenie (42) dostarczające paliwo jest podłączone do pary zespolonych dysz paliwowych (38, 40) dostarczając paliwo do nich a przez nie do komory spalania (14) powodując powstanie w niej strefy bogatej w paliwo.
3. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że komora powietrzna (50) stanowi kątową komorę powietrzną; dysza powietrzna (56) stanowi kątową dyszę powietrzną; urządzenie (26) zasilania powietrzem dostarcza powietrze do kątowej dyszy powietrznej która kieruje powietrze dostarczone do niej za pomocą urządzenia (26) dostarczającego powietrze do komory spalania (14) w kierunku ścianek pieca (10) i na zewnątrz skupionego paliwa, które jest wtryskiwane przez zespół dysz paliwowych (68,70) oraz parę zespolonych dysz paliwowych (38, 40) do komory spalania (14) pieca (10).