PL170716B1 - Układ do niskoemisyjnego spalania pyłu węglowego w kotłach energetycznych z palnikami strumieniowymi - Google Patents

Abstract

Układ do niskoemisyjnego spalania pyłu węglowego w kotłach <57) energetycznych z palnikami strumieniowymi zawierający umieszczone w płaszczyźnie poziomej dysze pyłowe, dysze powietrza wtórnego ustawione kątowo w stosunku do dysz pyłowych oraz dysze powietrza górnego, znamienny tym, że w pobliżu wylotu dysz pyłowych palników strumieniowych (P) umieszczonych w jednym lub w wielu poziomach, w narożach (N) lub na ścianach (S) komory paleniskowej (K) znajduje się dodatkowa dysza powietrzawtórnego (3), której oś wylotu jest odchylona od ściany komory (S) o kąt a od 0° do 45°, połączona kanałem doprowadzającym powietrze wtórne (4) z klapą regulacyjną (5) z dyszą główną powietrza wtórnego (2), której oś wylotujest równoległa do osi wylotu dyszy pyłowej (1) przy czym na ścianie dyszy pyłowej (1) po stronie dyszy głównej powietrza wtórnego (2)jest umieszczony koizystme przesuwnie osiowo, element przesionowy (6) ponadto w narożach (N) lub na ścianach (S) komory paleniskowej (X) nad palnikami strumieniowymi (P) znajdują się dysze powietrza górnego (8) 1 (9) połączone kanałem doprowadzającym (10), wyposażonym w klapę regulacyjną (11) połączonym z kolektorem powietrza lub wentylatorem przy czym osie geometryczne wylotu dysz powietrzagórnego (8) 1 (9) są styczne do kół wirów (K2) i (K3) wywołanych zawirowaniem powietrza górnego pochodzącym od dyszy powietrza górnego (8) 1 odpowiednio dyszy powietrza górnego (9) lecz ich kierunek jest przeciwny do kierunku wiru (Kl) pochodzącego od dysz pyłowych (1) 1 dysz głównych powietrza wtomego (2) oraz od kierunku zawirowania pochodzącego od dyszy dodatkowej powietrza wtórnego (3)

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ do niskoemisyjnego spalania pyłu węglowego w kotłach energentycznych z palnikami strumieniowymi, znajdujący zastosowanie w warunkach zwiększonych wymagań ochrony naturalnego środowiska, wymagających od urządzeń energetycznych niskiej emisji tlenków azotu przy . spalaniu pyłu węglowego.

Znana jest ze stosowania w energetyce wykorzystującej w kotłach energetycznych zarówno palniki wirowe jak i strumieniowe, zasada redukcji i tlenków azotu przy spalaniu pyłu węglowego w palnikach przy niedomiarze tlenu. Zapewnienie spalania przy niedomiarze tlenu jest realizowane w różny sposób, na przykład przez zróżnicowanie ilości pyłu podanego do palników znajdujących się na różnych wysokościach oraz przez zróżnicowanie dopływu powietrza wtórnego do palników. Stosowane są również dysze powietrza górnego do których kierowana jest część powietrza potrzebnego do spalania, dzięki czemu spalanie w obrębie palników przebiega przy nadmiarze powietrza.

Znane sposoby i układy zapewniają redukcję tlenków azotku na poziomie około 20% co nie odpowiada stale wzrastającym normom ochrony środowiska odnośnie zanieczyszczeń wnoszonych do atmosfery przy spalaniu węgla.

Znany jest ponadto z polskiego opisu patentowego nr 128 350 układ dysz palnika strumieniowego do spalania pyłu węglowego, pozwalający na regulację aerodynamicznych warunków zapłonu palnika, w którym dysze pyłowe i dysze powietrza wtórnego usytuowane są względem siebie w płaszczyźnie poziomej przy czym jedna z dysz powietrza wtórnego skierowana jest pod kątem od 20° - 60° w kierunku do dyszy pyłowej co zapewnia regulowany i zwiększony odpływ powietrza do strefy zapłonu powodując w konsekwencji spalanie części lotnych zawartych w węglu przy dużym nadmiarze powietrza sprzyjające powstawaniu tlenków azotu NOx. Celem wynalazku jest opracowanie układu do spalania pyłu węglowego w kotłach

170 716 energetycznych z palnikami strumieniowymi, zapewniającego zwiększone obniżenie emisji tlenków azotu powstających przy spalaniu węgla.

Istota układu do niskoemisyjnego spalania pyłu węglowego w kotłach energetycznych zawierających palniki strumieniowe charakteryzuje się tym, że w pobliżu wylotów dysz pyłowych palników strumieniowych, umieszczonych na jednym lub wielu poziomach w narożach lub na ścianach komory paleniskowej znajduje się dodatkowa dysza powietrza wtórnego, której oś wylotu jest równoległa do ściany komory lub odchylona o kąt w granicach 0° - 45° połączona kanałem doprowadzającym powietrze wtórne wyposażonym w klapkę regulacyjną z dyszą główną powietrza wtórnego, której oś wylotu jest równoległa do osi wylotu dyszy pyłowej przy czym na ścianie dyszy pyłowej, po stronie dyszy głównej powietrza wtórnego jest umieszczony korzystnie przesuwny osiowo element przesłonowy ponadto w narożach komory paleniskowej lub na jej ścianach nad palnikami strumieniowymi znajdują się dysze powietrza górnego połączone z kolektorem powietrza gorącego lub oddzielnym wentylatorem kanałem doprowadzającym wyposażonym w klapę odcinającą przy czym osie geometryczne wylotu dysz powietrza górnego są styczne do kół wiru wywołanych zawirowaniem powietrza górnego z tych dysz lecz ich kierunek jest przeciwny do kierunku wiru pochodzącego od dysz pyłowych i dyszy głównej powietrza wtórnego oraz zgodnego z nim kierunku zawirowania pochodzącego od dyszy dodatkowej powietrza wtórnego.

Układ spalania pyłu węglowego według wynalazku dzięki wzajemnemu ustawieniu, kątowemu dyszy głównej powietrza wtórnego i dyszy dodatkowej powietrza wtórnego usytuowanej w pobliżu wylotu dyszy pyłowej, oraz wyposażeniu dyszy pyłowej w przesłonę, powoduje wydzielanie i spalanie części lotnych węgla przy niedomiarze powietrza oraz opóźnia mieszanie pyłu z powietrzem wtórnym z dyszy głównej powietrza wtórnego co zapobiega powstawaniu tlenków azotu.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 oznacza przekrój pionowy komory paleniskowej z zaznaczonymi dyszami pyłowymi, dyszami powietrza wtórnego i dyszami powietrza górnego, fig. 2 przedstawia w przekroju A-A komory paleniskowej wzajemne usytuowanie dysz pyłowych i dysz powietrza wtórnego pokazanych w jednym narożu komory paleniskowej z zaznaczonymi kierunkami wypływu, a fig. 3 wprzekroju poprzecznym B-B komory paleniskowej wzajemne usytuowanie dysz powietrza górnego pokazanych w jednym narożu komory paleniskowej z zaznaczonymi kierunkami wypływu.

Według wynalazku w komorze paleniskowej K w jej narożach N lub na ścianach S przykładowo w każdym narożuN znajdująsięjedno lub wielopoziomowo rozmieszczone palniki strumieniowe P. Każdy palnik strumieniowy P składa się z dyszy pyłowej 1 oraz dysz powietrza wtórnego, umieszczonej w pobliżu wylotu dyszy pyłowej 1 dyszy głównej 2 oraz dyszy dodatkowej 3 usytuowanej w stosunku do ściany S komory Kpod kątem a przykładowo równym 0° oraz w stosunku do dyszy głównej powietrza wtórnego 2 pod kątem przykładowo 35°, Dysza powietrza wtórnego główna 2 i dysza dodatkowa 3 są połączone kanałem 4 doprowadzającym powietrze wtórne z kolektora powietrza gorącego nie pokazanego na rysunku. Kanał powietrza wtórnego 4 jest wyposażony w klapę regulacyjną5, której ustawienie reguluje rozpływ powietrza wtórnego na dyszę główną 2 i dodatkową 3. Według wynalazku w dyszy pyłowej 1 po stronie dyszy głównej powietrza wtórnego 2 jest umieszczony na jej ściance przesuwnie w kierunku osi dyszy element przesłonowy 6 o kształcie opływowym, przesłaniający całą wysokość dyszy pyłowej 1.

Osie geometryczne wylotu dysz pyłowych i dysz głównych 2 powietrza wtórnego są do siebie równoległe i tworzą styczną do teretycznego koła wiru K1. Natomiast osie geometryczne wylotu dysz dodatkowych powietrza wtórnego 3 są równoległe do ściany S komory K i tworzą kąt a przykładowo równy 0° przy czym kierunek zawirowania powietrza wtórnego od dysz dodatkowych 3 jest taki sam jak kierunek zawirowania od dysz głównych powietrza wtórnego 2 i dysz pyłowych 1. W narożach N lub ścianach S przykładowo w narożach N, nad palnikami strumieniowymi znajdująsię dysze powietrza górnego 8 i 9 połączone kanałem 10, zaopatrzonym

170 716 na wylocie w klapę 11 doprowadzającym powietrze z kolektora powietrza gorącego lub z oddzielnego wentylatora - nie pokazanych na rysunku.

Działanie układu jest następujące.

Palniki strumieniowe P doprowadzają do komory spalania K pył węglowy - dyszapyłową 1 i powietrze wtórne - dyszą główną powietrza wtórnego 2 realizując na wylocie palnika zapłon i częściowe spalanie pyłu węglowego, którym towarzyszy powstawanie tlenków azotu. Dzięki przesłonie 6 w dyszy pyłowej 1 maksymalna koncentracja pyłu węglowego w strefie zapłonu, wypływającego z dyszy pyłowej 1 występuje po stronie przeciwległej do wylotu dyszy powietrza wtórnego 2 w obszarze 7 co powoduje wydzielanie i spalanie części lotnych przy niedomiarze powietrza oraz opóźnia mieszanie pyłu z powietrzem wtórnym z dyszy głównej powietrza wtórnego 2. Jednocześnie część powietrza z kanału powietrznego 4 jest kierowana przez klapę 5 do dyszy dodatkowej powietrza wtórnego 3 usytuowanej w stosunku do dyszy głównej powietrza wtórnego 2 pod kątem 35°. Wpływ powietrza wtórnego przez dyszę dodatkową 3 powoduje dalsze zmniejszenie ilości powietrza wtórnego doprowadzanego w strefę zapłonu spalania części lotnych przez dyszę główną 2 usytuowaną w pobliżu wylotu dyszy pyłowej 1, co pogłębia atmosferę redukcyjną w tej strefie oraz wytwarza płaszcz powietrzny w pobliżu ściany S, komory paleniskowej.

Część powietrza gorącego z kolektora, jako powietrze górne, jest doprowadzona kanałem 10 a następnie rozdzielana klapą 11 pomiędzy dysze powietrza górnego 8 i 9 usytuowane nad palnikami strumieniowymi P wywołując zawirowania powietrza górnego oznaczone na fig. 3 w postaci teoretycznej kół wiru K2 i K3.

Osie geometryczne wylotu dysz powietrza górnego 8 i 9 są styczne do teoretycznych kół wiru odpowiednio K2 i K3 obrazujących zawirowania w komorze paleniskowej K wywołane powietrzem górnym z dysz 8 i 9 przy czym kierunek wiru K2 i wiru K3 jest przeciwny do kierunku wiru K1 pochodzącego od dyszy pyłowej 1 i dyszy głównej powietrza wtórnego 2.

Dzięki wywołaniu zawirowań K2 i K3 przeciwnie skierowanych do wiru K1 następuje intensywne wymieszanie powietrza górnego z palników strumieniowych P oraz korzystne dopalanie tlenku węgla CO i niespalonego węgla.

Zwiększenie efektu redukcji tlenków azotu według wynalazku uzyskiwane jest dzięki umieszczeniu w dyszy pyłowej elementu przesłonowego 6 zwiększającego lokalną koncentrację pyłu w strefie zapłonu pyłu węglowego oraz kierowaniu części powietrza wtórnego do dodatkowej dyszy powietrza wtórnego usytuowanej kątowo w stosunku do dyszy głównej 2. Dodatkowa zaletą takiego usytuowania dodatkowej dyszy 3 jest utworzenie płaszcza powietrznego w pobliżu ściany S komory paleniskowej chroniącego powierzchnie ogrzewne kotła przed zużlowaniem i korozją. Układ dysz powietrza górnego 8 i 9 do których kierowane jest część powietrza wtórnego z palników sprzyja również poprzez tworzenie atmosfery redukcyjnej w rejonie palników strumieniowych obniżeniu emisji NO a także zapewnia intensyfikację procesu dopalania paliwa.

170 716

U->

Fig. 3

170 716

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

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Układ do niskoemisyjnego spalania pyłu węglowego w kotłach energetycznych z palnikami strumieniowymi zawierający umieszczone w płaszczyźnie poziomej dysze pyłowe, dysze powietrza wtórnego ustawione kątowo w stosunku do dysz pyłowych oraz dysze powietrza górnego, znamienny tym, że w pobliżu wylotu dysz pyłowych palników strumieniowych (P) umieszczonych w jednym lub w wielu poziomach, w narożach (N) lub na ścianach (S) komory paleniskowej (K) znajduje się dodatkowa dysza powietrza wtórnego (3), której oś wylotu jest odchylona od ściany komory (S) o kąt a od 0° do 45°, połączona kanałem doprowadzającym powietrze wtórne (4) z klapą regulacyjną (5) z dyszą główną powietrza wtórnego (2), której oś wylotu jest równoległa do osi wylotu dyszy pyłowej (1) przy czym na ścianie dyszy pyłowej (1) po stronie dyszy głównej powietrza wtórnego (2) jest umieszczony korzystnie przesuwnie osiowo, element przesłonowy (6) ponadto w narożach (N) lub na ścianach (S) komory paleniskowej (K) nad palnikami strumieniowymi (P) znajdują się dysze powietrza górnego (8) i (9) połączone kanałem doprowadzającym (10), wyposażonym w klapę regulacyjną (11) połączonym z kolektorem powietrza lub wentylatorem przy czym osie geometryczne wylotu dysz powietrza górnego (8) i (9) są styczne do kół wirów (K2) i (K3) wywołanych zawirowaniem powietrza górnego pochodzącym od dyszy powietrza górnego (8) i odpowiednio dyszy powietrza górnego (9) lecz ich kierunek jest przeciwny do kierunku wiru (K1) pochodzącego od dysz pyłowych (1) i dysz głównych powietrza wtórnego (2) oraz od kierunku zawirowania pochodzącego od dyszy dodatkowej powietrza wtórnego (3).