PL170438B1 - Pa|nik PL PL PL PL PL PL - Google Patents

Abstract

170438 B 1 Palnik zawierajacy rure palnikowa, wewnatrz której jest umieszczona wspólosiowo i w pewnej odlegl osci srodkowa rura doprowadzajaca utleniacz, zas pomiedzy rurami jest utworzony pierscieniowy kanal doprowadzajacy gaz paliwowy, przy czym srodkowa rura 1 pierscieniowy kanal maja oddzielne koncówki wlo- towe 1 oddzielne koncówki wylotowe, znamienny tym, ze wtryskiwacz (10) dla gazu paliwowego, polaczony z kon- cówka wylotowa pierscieniowego kanalu (6) doprowa- dzajacego gaz paliwowy, ma wewnetrzna powierzchnie o przekroju poprzecznym w ksztalcie litery U, otaczajaca wspólna os ( 1 6) rury palnikowej (2) 1 wtryskiwacza (10) dla gazu paliwowego, natomiast z zewnetrzna koncówka centralnej rury ( 4) jest polaczony wtryskiwacz ( 1 2) utle- niacza, majacy wewnetrzna powierzchnie o przekroju poprzecznym w ksztalcie lietry U, przy czym wtryskiwa cze (10, 12) sa umieszczone w odleglosci od siebie, a pomiedzy nimi jest utworzona komora wtryskowa ( 1 8) dla gazu paliwowego, natomiast wewnatrz wtryskiwacza (12) utleniacza jest uksztaltowana komora wtryskowa (20) utleniacza, zas kazda z komór wtryskowych ( 18, 20) ma ksztalt litery U 1 posiada koncówke wylotowa ( 2 2, 2 4) o ksztalcie kolowym, usytuowana na wspólnej osi ( 1 6), a ponadto w komorze wtryskowej (20) utleniacza jest umieszczony wspólosiowo, cylindryczny korpus ( 26) o ksztalcie urwistym, którego jedna koncówka ( 28) ma ksztalt kopuly, zas druga ( 3 0) ma ksztalt stozkowy, przy czym pomiedzy koncówkami ( 2 8, 30) korpusu ( 26) umie- szczony jest zawirowywacz ( 32) ze statycznymi lopat- kami ulozonymi w kierunku powierzchni komory wtry- skowej (20) utleniacza. (54) Pa|nik ( 1 2 ) OPIS PATENTOWY ( 1 9 ) PL (1 1 ) 170438 ( 1 3 ) B 1 PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest palnik z wirującym przepływem gazu z oddzielnym zasilaniem paliwa i utleniacza.

Palnik tego typu stosuje się w reaktorach opalanych paliwem gazowym w celu przeprowadzania procesów katalitycznych.

Palniki o tej konstrukcji są przeznaczone dla pieców przemysłowych działających pod wpływem paliwa gazowego i technologicznych pieców grzewczych, które wymagają stałego płomienia o wysokim natężeniu spalania.

Znane ze stanu techniki palniki o wirującym przepływie gazu mają rurę palnikową połączoną z umieszczoną wewnątrz centralną rurą zasilającą paliwem, przy czym obie rury są otoczone otworem zasilającym dla utleniacza.

Intensywność mieszania paliwa i utleniacza w komorze spalania uzyskuje na skutek przejścia utleniacza przez zawirowywacz umieszczony na powierzchni czołowej palnika na centralnej rurze. Strumień utleniacza ma przepływ wirujący, który powoduje wysoki stopień wewnętrznej i zewnętrznej recyrkulacji produktów spalania i a co za tym idzie wysoką intensywność spalania.

Generalną wadą znanych palników o wirującym przepływie gazu mających wyżej opisaną instrukcję jest to, ze powierzchnia czołowa palnika podczas działania wysokich prędkości strumienia gazu, (co jest wymagane dla palników przemysłowych o tej konstrukcji, jest narażona na przegrzanie. Jest to związane z wysokim natężeniem wewnętrznej recyrkulacji wzdłuż centralnej osi strefy spalania. Strumień gorących produktów spalania cofa się w kierunku powierzchni czołowej

170 438 3 palnika, co powoduje szybkie nagrzanie się go do wysokich temperatur i w rezultacie, zniszczenie powierzchni czołowej palnika.

Palnik, według wynalazku, zawierający rurę palnikową, wewnątrz której jest umieszczona współosiowo i w pewnej odległości środkowa rura doprowadzająca utleniacz, zaś pomiędzy rurami jest utworzony pierścieniowy kanał doprowadzający gaz paliwowy, przy czym środkowa rura i pierścieniowy kanał mają oddzielne końcówki wlotowe i oddzielne końcówki wylotowe charakteryzuje się tym, ze wtryskiwacz dla gazu paliwowego, połączony z końcówką wylotową pierścieniowego kanału doprowadzającego gaz paliwowy, ma wewnętrzną powierzchnię o przekroju poprzecznym w kształcie litery U, otaczającą wspólną oś rury palnikowej i wtryskiwacza dla gazu paliwowego, natomiast z zewnętrzną końcówką centralnej rury jest połączony wtryskiwacz utleniacza, mający wewnętrzną powierzchnię o przekroju poprzecznym w kształcie litery U, przy czym wtryskiwacze są umieszczone w odległości od siebie, a pomiędzy nimi jest utworzona komora wtryskowa dla gazu paliwowego, natomiast wewnątrz wtryskiwacza utleniacza jest ukształtowana komora wtryskowa utleniacza, zaś każda z komór wtryskowych ma kształty litery U i posiada końcówkę wylotową o kształcie kołowym, usytuowaną na wspólnej osi, a ponad to w komorze wtryskowej utleniacza jest umieszczony współosiowo, cylindryczny korpus o kształcie urwistym, którego jedna końcówka ma kształt kopuły, zaś druga ma kształt stożkowy, przy czym pomiędzy końcówkami korpusu umieszczony jest zawirowywacz ze statycznymi łopatkami ułożonymi w kierunku powierzchni komory wtryskowej utleniacza.

Korzystnie kąt pochylenia łopatek zawirowywacza do płaszczyzny obrotu zawirowywacza ma wartość w zakresie od 15° do 75°, korzystnie od 20° do 45°.

Korzystnie kąt wierzchołkowy y zawarty pomiędzy powierzchnią stanowiącą krawędź otaczającą końcówkę wylotową komory wtryskowej utleniacza a zewnętrzną powierzchnią wtryskiwacza, stanowiącą wewnętrzną powierzchnię komory wtryskowej paliwa gazowego jest w zakresie od 15° do 60°, korzystnie od 15° do 40°.

Wirujący strumień powstały w zawirowaczu zapewnia zmieszanie się ze sobą gazu paliwowego i utleniacza poprzez zwiększenie powierzchni ich kontaktu. Efektywne zmieszanie uzyskuje się gdy kąt pochylenia łopatki do płaszczyzny obrotu zawirowacza ma wartość w zakresie od 15° do 75°, korzystnie od 20° do 45° i dlatego w palniku według wynalazku zastosowano takie wartości kątów.

Skierowany do wewnątrz przepływ gazu wzdłuż osi strefy spalania, spowodowany odpowiednio ukształtowanymi zarysami komory spalania, zapobiega recyrkulacji gorących produktów spalania w obszarze wysokiej temperatury wokół osi strefy spalania, co zapobiega przegrzaniu powierzchni czołowej palnika.

Ponadto, skierowany do wewnątrz strumień powoduje zewnętrzną recyrkulację o wysokim natężeniu w zewnętrznym obszarze strefy spalania o niskiej temperaturze.

Z tego obszaru tylko strumień ochłodzonych produktów spalania może cofnąć się do powierzchni czołowej palnika, gdzie produkty zostają wessane do obszaru strefy gorącego spalania i ponownie ogrzane. Ma to szczególne znaczenie w przypadku reaktorów opalanych gazem. Recyrkulujący strumień ochłodzonych produktów spalania chroni korzystnie ścianki reaktora, otaczające strefę spalania przed uderzeniem gorących produktów spalania i przedłuża trwałość reaktora.

Temperatura na powierzchni czołowej palnika, blisko końcówki wylotowej komór wtryskowych ulega obniżeniu poprzez odpowiednie ukształtowanie wtryskiwacza utleniacza na końcówce wylotowej komory wtryskowej utleniacza o ostrych krawędziach o minimalnym kącie wierzchołkowym y. Obniżone nagrzewanie i odpowiednia wytrzymałość mechaniczną iniektora uzyskuje się przy kątach wierzchołkowych y pomiędzy 15° i 60°, korzystnie pomiędzy 15° i 40°.

Dalszą zaletą palnika, według wynalazku, jest to, ze wysoki stopień zewnętrznej recyrkulacji ochłodzonych produktów spalania zapewnia jednolity rozkład temperatury w wylotowej strefie spalania. Jest to bardzo ważne w czasie pracy reaktorów katalitycznych, gdzie wydajność produktu zależy wysoce od rozkładu temperatury w złożu katalitycznym, które przewaznie znajduje się w wylotowej strefie spalania.

W związku z tym palnik według wynalazku jest zwłaszcza użyteczny przy ogrzewaniu i przeprowadzaniu katalitycznych procesów w reaktorach opalanych gazem.

170 438

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym pokazano palnik o wirującym przepływie, w przekroju poprzecznym.

Przedstawiony na rysunku palnik zawiera rurę palnikową 2, wewnątrz której znajduje się umieszczona na wspólnej osi 16 centralna rura 4 doprowadzającą utleniacz, a pomiędzy tymi rurami utworzony jest kanał 6, doprowadzający paliwo gazowe. Na końcówce wylotowej 8 rury palnikowej 2 i współosiowo z nią zamocowany jest wtryskiwacz 10, gazu paliwowego którego wewnętrzna powierzchnia ma przekrój poprzeczny w kształcie litery U. Wewnątrz·wtryskiwacza 10 gazu paliwowego jest umieszczony współosiowo wtryskiwacz 12 utleniacza o przekroju poprzecznym w kształcie litery U, który jest zamocowany na końcówce wylotowej 14 centralnej rury 4. Powierzchnię w kształcie litery U uzyskuje się przez odpowiednią obróbkę maszynową korpusu metalowego, mającego część cylindryczną i część stożkową. Kąt przejścia pomiędzy częścią cylindryczną a częścią stożkową (nie pokazany na rysunku) wynosi korzystnie w granicach od 115° do 170°.

Powierzchnie obu wtryskiwaczy 10 i 12 otaczają komorę wtrysku 18 paliwa gazowego łączącą się z kanałem 6, doprowadzającym paliwo gazowe. Wewnątrz wtryskiwacza 12 utleniacza znajduje się komora wtryskowa 20 utleniacza połączona z końcówką wylotową 14 centralnej rury 4. Komory wtryskowe 18 i 20 mają kształt przypominający literę U. Umieszczone są one na osi 16 i mają współosiowe końcówki wylotowe 22 i 24 o przekroju kołowym.

Końcówka wylotowa 24 komory wtryskowej 20 utleniacza jest otwarta w kierunku dolnej części komory wtryskowej 18 paliwa gazowego. Część końcowa wtryskiwacza 12 zawierająca powierzchnię końcową stanowiącą krawędź wtryskiwacza 12, utleniacza otaczającą końcówkę wylotową 24 komory wtryskowej 20 utleniacza, ma kształt stożkowy (zbieżny) o kącie wierzchołkowym y. Zastosowanie odpowiedniego kąta wierzchołkowego y ma za zadanie ochronę części końcowej wtryskiwacza 12 utleniacza przed przegrzaniem, jak to zostanie opisane szczegółowo poniżej.

W komorze wtryskowej 20 jest umieszczony współosiowo cylindryczny korpus 26 o kształcie urwistym, w pewnej odległości od wewnętrznej powierzchni komory 20. Korpus 26 o kształcie urwistym ma na jednym swoim końcu od strony wlotu utleniacza kopulastą końcówkę 28, zaś na drugim końcu od strony wylotu utleniacza stożkową końcówkę 30. Wokół cylindrycznej powierzchni korpusu 26 o kształcie urwistym jest umieszczony zawirowywacz 32 ze statycznymi łopatkami nie pokazanymi ułożonymi w kierunku do powierzchni komory wtryskowej 20. Kąt pochylenia łopatek zawirowywacza 32 względem płaszczyzny obrotu wynosi od 15° do 75°, a korzystnie od 20° do 45°.

W czasie pracy palnika, gaz paliwowy jest dostarczany kanałem 6 do komory wtrysku 18 i jest wtryskiwany do strefy spalania, poza końcówkę wylotową 24 komory wtryskowej 20. Dzięki ukształtowanemu zarysowi komory wtryskowej 18 wtryskiwany strumień gazu paliwowego kieruje się w strefie splania ku wspólnej osi 61 komory wtryskowej 18 i strefy spalania, jak to pokazano strzałkami na rysunku. W strefie spalania strumień gazu paliwowego miesza się z utleniaczem dostarczanym centralną rurą 41 wtryskiwanym do strefy spalania poprzez komorę wtryskową 20.

Zanim strumień utleniacza zostanie wtryśnięty do strefy spalania, ulega on zawirowaniu przechodząc poprzez łopatki zawirowywacza 32. Ponadto, dzięki korpusowi 26 w kształcie urwistym i ukształtowanemu zarysowi komory wtryskowej 20, strumień wirującego utleniacza wypływa do strefy spalania całkowitym strumieniem wokół osi strefy spalania.

W rezultacie zmieszanie strumieni utleniacza i gazu paliwowego dokonuje się głównie w obszarze wysokiej temperatury wokół osi strefy spalania. W ten sposób zapobiega się w tym obszarze szkodliwej wewnętrznej recyrkulacji gorących produktów spalania. Recyrkulacja powstaje tylko w niskiej temperaturze obszaru zewnętrznego strefy spalania kończąc się w obniżonych temperaturach materiału blisko zewnętrznych końców komór wtryskowych. Jak wspomniano powyżej temperatura w tym obszarze jest ponadto kontrolowana za pomocą kąta wierzchołkowego y utworzonego pomiędzy powierzchnią stanowiącą krawędź otaczającą końcówkę wylotową wtryskiwacza 12 utleniacza a zewnętrzną powierzchnię wtryskiwacza 12 stanowiącą wewnętrzną powierzchnię komory wtryskowej 18 paliwa gazowego, przy czym strefa mieszania utleniacza i gazu paliwowego znajduje się w tym większej odległości od powierzchni otaczającej końcówkę wylotową wtryskiwacza 12 utleniacza im mniejszy jest kąt wierzchołkowy y. Kąt wierzchołkowy ma wartość w zakresie od 15° do 60° a korzystnie od 15° do 40°.

170 438

Oczywiste jest, ze w zakresie wynalazku mogą być rozważane wszelkie zmiany i rozwiązania alternatywne, które wydadzą się oczywiste dla znawcy tej dziedziny. Przykładowo, przy zastosowaniach wymagających bardzo wysokich parametrów spalania, powierzchnia czołowa palnika może być chroniona przed wysokimi temperaturami za pomocą dodatkowego gazu obojętnego lub pary w obszarze końcówek wylotowych komór wtryskowych 18 i 20 wprowadzanych na krawędź wtryskiwacza 12 wydrążonym kanałem, umieszczonym wewnątrz wtryskiwacza 12.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz Cena 2,00 zł

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Palnik zawierający rurę palnikową, wewnątrz której jest umieszczona współosiowo i w pewnej odległości środkowa rura doprowadzająca utleniacz, zaś pomiędzy rurami jest utworzony pierścieniowy kanał doprowadzający gaz paliwowy, przy czym środkowa rura i pierścieniowy kanał mają oddzielne końcówki wlotowe i oddzielne końcówki wylotowe, znamienny tym, że wtryskiwacz (10) dla gazu paliwowego, połączony z końcówką wylotową pierścieniowego kanału (6) doprowadzającego gaz paliwowy, ma wewnętrzną powierzchnię o przekroju poprzecznym w kształcie litery U, otaczającą wspólną oś (16) rury palnikowej (2) i wtryskiwacza (10) dla gazu paliwowego, natomiast z zewnętrzną końcówką centralnej rury (4) jest połączony wtryskiwacz (12) utleniacza, mający wewnętrzną powierzchnię o przekroju poprzecznym w kształcie lietry U, przy czym wtryskiwacze (10,12) są umieszczone w odległości od siebie, a pomiędzy nimi jest utworzona komora wtryskowa (18) dla gazu paliwowego, natomiast wewnątrz wtryskiwacza (12) utleniacza jest ukształtowana komora wtryskowa (20) utleniacza, zaś każda z komór wtryskowych (18,20) ma kształt litery U i posiada końcówkę wylotową (22, 24) o kształcie kołowym, usytuowaną na wspólnej osi (16), a ponadto w komorze wtryskowej (20) utleniacza jest umieszczony współosiowo, cylindryczny korpus (26) o kształcie urwistym, którego jedna końcówka (28) ma kształt kopuły, zaś druga (30) ma kształt stożkowy, przy czym pomiędzy końcówkami (28, 30) korpusu (26) umieszczony jest zawirowywacz (32) ze statycznymi łopatkami ułożonymi w kierunku powierzchni komory wtryskowej (20) utleniacza.
2. 2. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że kąt pochylenia łopatek zawirowywacza (32) do płaszczyzny obrotu zawirowywacza (32) ma wartość w zakresie od 15° do 75°, korzystnie od 20° do 45°
3. 3. Palnik według zastrz. 1, znamienny tym, że kąt wierzchołkowy γ zawarty pomiędzy powierzchnią, stanowiącą krawędź otaczającą końcówkę wylotową (24) komory wtryskowej (20) utleniacza a zewnętrzną powierzchnią wtryskiwacza (12), stanowiącą wewnętrzną powierzchnię komory wtryskowej (18) paliwa gazowego jest w zakresie od 15° do 60°, korzystnie od 15° do 40°.