PL172304B1

PL172304B1 - Uklad palnikowy tlenowo-paliwowy PL PL PL PL

Info

Publication number: PL172304B1
Application number: PL93298304A
Authority: PL
Inventors: Aleksandar G Slavejkov; Mahendra L Joshi; James K Nabors
Original assignee: Air Prod & Chem; Combustion Tec Inc
Priority date: 1992-03-30
Filing date: 1993-03-30
Publication date: 1997-09-30
Also published as: EP0563793A3; PL298304A1; JPH06101820A; KR930020076A; US5199866A; JP2588355B2; EP0563793A2; CZ279820B6; CA2092252A1; KR970009481B1; CA2092252C; MY108788A; CZ49293A3

Abstract

1. Uklad palnikowy tlenowo-paliwowy zawierajacy pal- nik tlenowo-paliwowy posiadajacy cylindryczna obudowe, umieszczony wspólosiowo z ta obudowa i zakonczony plomie- niowa koncówka przewód paliwowy z nasadka paliwowa, przewód gazowy i komore wstepnego spalania, znamienny tym, ze zawiera przewód tlenowy (30) umieszczony pomie- dzy obudowa (16) a cylindrycznym przewodem paliwowym (34) zakonczony zbiezno-rozbieznym przednim odcinkiem (32), zas plomieniowa koncówka (36) przewodu paliwowe- go (34) ma ksztalt scietego stozka zbieznego w kierunku ko- mory (14) wstepnego spalania, a cylindryczna nasadka paliwowa (38) jest umieszczona wzdluz przewodu paliwo- wego (34) i jest zakonczona koncówka (40) w ksztalcie stoz- ka scietego zbieznego w kierunku komory (14) wstepnego spalania, przy czym przewód tlenowy (30) jest zakonczony równo z obudowa (16) palnika (12), natomiast nasadka pali- wowa (38) i przewód paliwowy (34) sa umocowane przesu- wnie wzdluz wzgledem siebie i wzgledem przewodu tlenowego (30), zas komora (14) wstepnego spalania jest za- montowana szczelnie na palniku (12) i posiada cylindryczny wspólosiowy kanal (66), którego stosunek dlugosci (L) do srednicy (d) wynosi od 2 do 6 przy wydajnosciach cieplnych palnika od 73 do 11722kW. FIG. 1a PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ palnikowy tlenowo-paliwowy stosowany do wytwarzania wysokich temperatur w przemysłowych piecach do topienia materiałów takich jak metale, szkło, ceramika i podobne.

Wysoki poziom emisji zanieczyszczeń takich jak tlenki azotu (NOJ, dwutlenek siarki (SOt), dwutlenek węgla i cząstki stałe zawieszone w gazie, który często przekracza poziomy dozwolone przez przepisy mające na celu ochronę środowiska, jest typowy dla pieców ogrzewanych do wysokich temperatur o spalaniu zupełnym lub częściowym, takich jak piec do topienia szkła z palnikami spalającymi powietrze-paliwo i powietrze wzbogacone tlenem-paliwo.

Znane palniki tlenowo-paliwowe mogą być podzielone na dwie główne grupy, chłodzone wodą i chłodzonych gazem. Często spotykanym problemem przy palnikach każdej z tych grup jest brak rozpuszczalnika i nośnika gazowego, to jest azotu, co zwiększa ciśnienie cząsteczkowe

172 304 lotnych składników wsadu i przyspiesza stopień korozji metali i materiałów ceramicznych użytych do budowy palnika. W wyniku, zarastanie i korozja dysz palników chłodzonych wodą lub gazem, jest powszechnym problemem w wysokotemperaturowych piecach. Znaczna różnica temperatur między chłodzonymi dyszami palnikowymi i gazami piecowymi powoduje kondensację substancji lotnych i korozyjnych oraz zarastanie dyszy palnika.

Zarówno w palnikach chłodzonych wodąjak i chłodzonych gazem występuje niska jaskrawość płomienia spowodowana wysoką prędkością spalania i szybkim stopniem mieszania napotykanymi w takich układach spalania. Zmniejsza to skuteczność ogrzewania, ponieważ promieniowanie jest głównym mechanizmem przenoszenia ciepła w piecach wysokotemperaturowych takich jak piec do topienia szkła.

Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 690 634 znany jest palnik tlenowo-paliwowy chłodzony wodą lub gazem, w którym ogniotrwały blok palnikowy stosowany do zainstalowania palnika w piecu i/lub do zwiększenia stabilności płomienia wymaga otworu o wewnętrznej średnicy znacznie większej niż średnica strumienia płomienia powodując porymoma b-nmrok atak zoli «z nnurtofwii /4 λ nwałmo k I t ·» o vju »» r v p vx^r »» uw o uiua Ul ich kontakt z palnikiem.

W piecach grzewczych wysokotemperaturowych z całkowitym lub częściowym spalaniem potrzebne jest dostosowywanie zmieniających się cech płomienia tlenowo-paliwowego w zależności od żądanej wydajności cieplnej.

Znane jest zastosowanie w palniku wymiennych końcówek dysz o stałym przekroju nakładanych na płomieniowy koniec palnika dla regulacji strumienia. W innym palniku wykorzystano zmianę ciśnienia na wlocie palnika stosując zawór z otworem ograniczającym, zawór skrzydełkowy lub zawór kulowy i wytworzono spadek ciśnienia wzdłuż tego zaworu. Przy danym otwarciu zaworu zmieniano ciśnienie wlotowe palnika, które powodowało zmianę strumienia. Jednakże zmieniało to także całkowitą wielkość przepływu, która nie we wszystkich przypadkach była pożądana z punktu widzenia wydajności cieplnej. Taki palnik miał ponadto wadę, że można było zastosować go jedynie do małych zmian cech płomienia.

Palniki o wymienionych konstrukcjach okazały się niewydajne wymagając przerywania procesu podczas wymiany dysz i rur zależnie od żądanej wydajności cieplnej lub cech płomienia.

Z polskiego opisu patentowego nr 163 069 znanyjest układ zawieraj ący palnik połączony z wstępnąkomorą spalania poprzez przelotowy otwór cylindryczny stanowiący mieszalnik. Palnik zawiera połączonąz kształtką ceramiczną obudowę w formie tulei, wewnątrz której wlotem mieszalnika jest na stałe umocowany pierścień o bocznych ściankach pochylonych ku sobie, zaś wewnątrz obudowy, współosiowo z nią, jest przesuwnie umieszczony przewód paliwowy mający zakończenie stożkowe rozbieżnie rozchylające się w kierunku komory spalania. Wewnątrz zakończenia przewodu paliwowego jest umieszczony współosiowo z nim stożkowy grzybek, skierowany podstawąku komorze spalania. Komora spalania jest rozbieżna - ma kształt stożka ściętego węższą stroną skierowanego ku palnikowi.

Układ palnikowy tlenowo-paliwowy zawierający palnik tlenowo-paliwowy posiadający cylindryczną obudowę, umieszczony współosiowo z tą obudową i zakończony płomieniową końcówką przewód paliwowy z nasadkąpaliwową, przewód gazowy i komorę wstępnego spalania, charakteryzuje się według wynalazku tym, że zawiera przewód tlenowy umieszczony pomiędzy obudową, a cylindrycznym przwodem paliwowym zakończony zbieżno-rozbieżnym przednim odcinkiem, zaś płomieniowa końcówka przewodu paliwowego ma kształt ściętego stożka zbieżnego w kierunku komory wstępnego spalania, a cylindryczna nasadka paliwowa jest umieszczona wzdłuż przewodu paliwowego i jest zakończona końcówką w kształcie stożka ściętego zbieżnego w kierunku komory wstępnego spalania, przy czym przewód tlenowyjest zakończony równo z obudową palnika, natomiast nasadka paliwowa i przewód paliwowy są umocowane przesuwnie wzdłuż względem siebie i względem przewodu tlenowego, zaś komora wstępnego spalania jest zamontowana szczelnie na palniku i posiada cylindryczny współosiowy kanał, którego stosunek długości do średnicy wynosi od 2 do 6 przy wydajnościach cieplnych palnika od 73 do 11722 kW.

172:304

Korzystnym jest, gdy wewnętrzna powierzchnia płomieniowej końcówki przewodu paliwowego ma kształt stożkowo-eylindryczny, a zewnętrzna powierzchnia końcówki nasadki paliwowej ma kształt stożkowy tworząc między nimi otwór pierścieniowy paliwa o zmiennym polu przekroju.

Korzystnym jest również, jeśli wewnętrzna powierzchnia przewodu tlenowego przy płomieniowym końcu a zewnętrzna powierzchnia przewodu paliwowego przy płomieniowej końcówce ma kształt stożkowy tworząc miedzy nimi otwór pierścieniowy tlenu o zmiennym polu przekroju.

Urządzenie wprowadzające paliwo do przewodu paliwowego stanowi urządzenie rozpylające płynne paliwo.

Korzystnymjest, jeśli palnik tlenowo-paliwowyjest ze stali nierdzewnej, stopów stali, stopów wysokotemperaturowych i nadstopów, zaś komora wstępnego spalania jest zamocowana rozłącznie do palnika tlenowo-paliwowego.

Korzystnym jest, gdy palnik tlenowo-paliwowy jest utworzony z wyjmowalnych odcinków, a także gdy jest wyposażony w elementy podpierające ten palnik.

W kontekście wynalazku termin “tlen” jest przyjęty w celu oznaczeniu gazu utleniającego mającego więcej niż 20% tlenu. Inaczej mówiąc w kontekście niniejszego wynalazku tlenowy lub tlenowo-paliwowy zawiera wszystkie utleniacze za wyjątkiem powietrza. Ponadto w kontekście niniejszego wynalazku jako paliwa rozumie się normalne paliwa gazowe zawierające, ale bez ograniczenia do nich, metan, gaz ziemny, propan, siarkowodór i podobne, j ak również paliwa ciekłe takiejak oleje napędowe, oleje opałowe, oleje odpadkowe, szlamy i podobne. Układ palnikowy według wynalazku pozwala wytworzyć płomień przez osłanianie fazy tlenowo-paliwowej bogatej w paliwo lub mieszaniny, wewnątrz osłony fazy tlenowo-paliwowej ubogiej w paliwo lub fazy tlenowo-paliwowej bogatej w tlen lub mieszaniny, i ograniczając osłanianie płomienia wzdłuż wstępnie określonego toru, o wstępnie określonym przekroju poprzecznym pozwala osiągnąć dwufazowy płomień o burzliwej dyfuzji mający niską temperaturę spowodowaną wolnym mieszaniem strumieni tlenu i paliwa w komorze wstępnego spalania tak, że unika się zasysania substancji korozyjnych i zmniejszone jest wytwarzanie się NO_X.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia układ palnikowy według wynalazku w widoku z boku, częściowo w przekroju, ukazującym szczegóły konstrukcji, fig. Ib - przekrój wzdłuż linii lb-lb oznaczonej na fig. la, fig. 2a, 2b, 2c i 2d przedstawiająprzedni koniec części palnika w przekrojach pokazujących elementy do dostosowania powierzchni wylotu kanałów utleniacza i gazu, fig. 2 przedstawia wykres ustawienia położenia zależnie od stosunku powierzchni przekroju poprzecznego kanału tlenu do powierzchni przekroju poprzecznego kanału gazu dla palnika z fig. 1, fig. 4a i 4b przedstawiają wykresy prędkości osiowej względem położenia wewnątrz komory wstępnego spalania od linii środkowej do ścianki wewnętrznej komory wstępnego spalania dla skrajnych położeń palnika, fig. 4c i 4d przedstawiają wykresy burzliwego naprężenia w zależności od granicznego położenia dla położeń palnika z fig. 4a i odpowiedniego 4b.

Na fig. 1a i 1b przedstawiono układ palinikowy tlenowo-paliwowy 10 według wynalazku. Ten układ palnikowy tlenowo-paliwowy 10 zawiera palnik tlenowo-paliwowy 12 i komorę 14 wstępnego spalania.

Palnik 12 jest utworzony z pierwszego odcinka 16 obudowy, który może być określony jako przednia obudowa palnika 12. Pierwszy odcinek 16 obudowy ma przedni koniec określony jako płomieniowy koniec 18 palnika 12. Odcinek 16 obudowy ma drugi koniec 20 zawierający gwintowaną część 22 w pobliżu tego końca, w postaci kołnierza tak, że drugi odcinek 24 obudowy palnika 12 j est dopasowany do pierwszego odcinka 16 obudowy. Odcinek 16 obudowy i odcinek 24 obudowy są ze sobą połączone pierścieniem 26, który mocuje kołnierz 28 na odcinku 24, przy czym uszczelnienie jest uzupełnione za pomocąpierścienia o przekroju kołowym lub podobnego (nie pokazany) znanego stanu techniki.

W pierwszym odcinku 16 obudowy jest umieszczony współosiowo rurowy człon, który jest określany jako przewód tlenowy 20. Człon rurowy lub przewód tlenowy 20 mający na ogół kształt cylindryczny, ma zbieżno-rozbieżny przedni odcinek 22, którego działanie będzie wyjaś172 304 nione poniżej. W przewodzie tlenowym 30 jest umieszczony przewód paliwowy 34, mający na ogół przekrój o kształcie cylindrycznym, zakończony końcówką płomieniową 36 o kształcie w Iripmnlm Irnrnnn; IdwcMnnpnn crtalarna W no1uvn_ •S Wł-WAlAŁB· A £s ’ * A3. WA MA3.A.M AB. AAA A J A · » ł V tł £-Ά A-l W ▼ T VU£j!V J-Z^AA V» V wym 34 jest umieszczona nasadka gazowa, korpus lub nasadka paiiwowa 38 mająca przekrój cylindryczny, zakończony końcówką 40 o kształcie stożka ściętego zbieżnego w kierunku komory 14 wstępnego spalania. Elementy 16, 30,34 i 38 mająna ogól kołowe przekroje poprzeczne, i są zamontowane współosiowo wzdłuż wspólnej osi wzdłużnej jak pokazano na fig. 1b.

Odcinek 24 obudowy zawiera wlot tlenowy 42, który jest połączony jak pokazano strzałkami 44 z przejściem utworzonym między przewodem tlenowym 30 i przewodem paliwowym 34 tak, że tlen jest wprowadzany do palnika i wyprowadzany przez płomieniowy koniec 18 palnika 12. Palnik 12 zawiera na odcinku 24 wlot paliwowy 46, który umożliwia wyprowadzenie paliwa jak pokazano strzałkami 48 do części palnika między przewodem paliwowym 34 i nasadkąpaliwową38. Palnik 12 jest zamontowany w znany sposób tak, że nie występuje przeciek paliwa ani tlenu między różnymi podzespołami tak, że mieszanie tlenu i paliwa następuje przy lub obok płomieniowego końca 18 palnika. Palnik 12 zawiera odpowiednie mechanizmy regulacyjne 50,52 tak, że przewód paliwowy 34 i nasadka paliwowa 38 sąporuszane wzdłużnie w palniku 12, jak to zostało wyjaśnione poniżej. Nasadka paliwowa 38 jest zaopatrzona w nasadkę 54 umożliwiającą dostęp płynu tak, że układ palnikowy może być zastosowany do spalania paliw płynnych. Na przednim końcu palnika 12 jest szczelnie zamontowana komora 14 wstępnego spalania usytuowana przylegle do płomieniowego końca 18. Komora 14 wstępnego spalania może być wytworzona z materiału ogniotrwałego lub z metalu, zależnie od temperatury pieca i może mieć postać niezależnej jednostki lub może być umieszczona wewnątrz konstrukcji zewnętrznej, jeśli jest to pożądane. Wewnętrzny element 40 komory 14 wstępnego spalania jest przymocowany do kołnierza 56 osadzonego na odcinku 16 palnika 12 za pomocą osadzonych w niej łączników czyli za pomocą łączników umieszczonych w szczelinach 62,64 jak pokazano na rysunku, w sposób znany w stanie techniki.

W komorze 14 wstępnego spalania jest utworzony cylindryczny kanał 66 o średnicy, która jest zależna od wydajności cieplnej palnikajak to będzie wyjaśnione poniżej. Kanał 66 jest usytuowany wzdłuż komory 14 otaczając i kierując płomień pochodzący z płomieniowego końca 18 palnika 12, na zewnątrz w kierunku końca wylotowego 68 komory 14 wstępnego spalania. Komora 14 jest zamontowana na ściance pieca lub zbiornika, w celu ogrzewania i ma postać bloku z materiału ogniotrwałego zastosowanego w tym zbiorniku, lub może mieć inny kształt i/lub powierzchnię zewnętrzną z innych materiałów odpowiednich do umieszczenia tej komory w ściance pieca.

Geometria komory 14 wstępnego spalaniajest zależna od wydajności cieplnej. Na przykładjeśli palnik 12 ma pracować przy wydajności cieplnej od 73 do 12 000 KW, wymiary komory 14 wstępnego spalania powinny być takie, że odległość lub długość od czoła lub płomieniowego końca 18 palnika 12, do końca wylotowego 68 komory⁷14 wstępnego spalania wynosi od 305 do 1219 mm, średnica wewnętrzna cylindrycznego otworu lub kanału komory 14 wstępnego spalania wynosi od 51 do 203 mm, zaś stosunek długości do średnicy L/d wynosi od 2 do 6. Zgodnie z wynalazkiem korzystne ukształtowania komory wstępnego spalania są pokazane w poniższej tabeli 1.

Tabela 1

Zakres wydajności cieplnej w KW	Krotność	Długość (L) w mm	Średnica (d) w mm	Stosunek L/d
73-438	6	305-457	76-89	3,4-5,1
292-876	3	305-457	89-102	3,0-4,5
584-1752	3	305-457	102-114	2,8-4,0
1168-5840	5	406-1219	102-203	2,0-6,0

172 304

Liczby podane w tabeli są wartościami doświadczalnymi wynikającymi z pomiarów jaskrawości płomienia, profilu temperatury komory wstępnego spalania i ciśnienia w komorze

Mtzctła-nnAfm cnalonia 7ί4Μ·αηνη1ι ηηΛοσαο ęniłlp™⁰ fcł ł»V*g UWltAsLlJ ρ/Λ WJULW^ VZ ÓpUlŁUllU YV XU\lVZ.UŁltV U U, ' I ’r> τ ·» r* i » xv wjLljjlcu^ przeczą tradycyjnym wyobrażeniom o konstrukcji palników i bloków palnikowych, ponieważ taka “ciasna” komora wstępnego spalaniajest obecnie chłodzona i osłaniana przez przepływające gazy reakcyjne. Użyte tu określenie “ciasna” nawiązuje do małej różnicy wymiarów między wewnętrzną średnicąkanału 66 komory 14 i płomienia wytworzonego przez palnik 12. Bloki palnikowe znane ze stanu techniki były większe dla utrzymania ich w oddaleniu od gorącego płomienia paliwowo-tlenowego, co powodowało porywanie gazów piecowych.

Komora wstępnego spalania może mieć kształt zbieżny lub rozbieżny na wewnętrznej powierzchni cylindrycznego kanału 66 przy końcu wyjściowym 68 pod warunkiem, że kąt zbieżności lub rozbieżności jest nie większy niż plus minus 15°, przy czym ten kąt jest mierzony względem osi wzdłużnej komory 14 wstępnego spalania.

Palnik według wynalazku tworzy przepływ podstawy o kształcie utworzonym z dwóch współbieżnych strumieni pierścieniowych. Tlenjest doprowadzany z przedniego końca palnika 12 w postaci pierścieniowej przez kanał utworzony pomiędzy przewodem tlenowym 30 i przewodem paliwowym 34. Paliwo wypływa z płomieniowego końca 18 panika 12 przez pierścieniowy otwór między płomieniową końcówką 36 przewodu paliwowego 34 i zewnętrzną powierzchnią nakładki paliwowej 38. Obydwa pierścieniowe kanały przepływu sąutworzone przez zespół poj edynczych przewodów z przednią lub tylną częścią przewodów skonstruowanych dla minimalnego spadku ciśnienia zarówno dla tlenu jak i dla paliwa. W jednym przykładzie dysza jest tą częścią przewodu tlenowego, przewodu paliwowego lub nasadki paliwowej, mierzoną od przedniego końca do punktu, w którym odpowiedni przekrój ma kształt cylindryczny. Te różne wymiary przepływu, to jest geometrii powierzchni, są wyznaczone w oparciu o doświadczalną znajomość prędkości przepływu paliwa i tlenu, zakresu potrzebnych dostosowań prędkości, poziomu burzliwości, akceptowanych przepływów i charakterystyk płomienia współprzepływających strumieni tlenu i paliwa. W szczególności zaokrąglenie przedniego końca przewodu tlenowego odpowiednim promieniem spełnia dwie ważne funkcje. Po pierwsze jest ułatwione opóźnione i stopniowe mieszanie strumieni paliwa i tlenu w komorze 14 wstępnego spalania. Pokazano, że ostrobrzeżna to jest niezaokrąglona płomieniowa końcówka 36 przewodu paliwowego 34 powoduje efekt podziału przepływu. Po wtóre, podział przepływu tworzy strefę niskiego ciśnienia za krawędzią płomieniowej końcówki 36. W tej strefie zastojowej stwierdzono umiejscowione spalanie, które prowadziło do osadzania sadzy i ostatecznie do przegrzania. Gdy zaokrąglono końcówkę 36, efekty podziału przepływu zostały znacznie zmniejszone łącznie ze zjawiskiem umiejscowionego spalania i temperaturą tej płomieniowej końcówki 36.

Palnik z fig. 1a i 1b może być zastosowany do zmiany stopnia mieszania tlenu i paliwa przez przesunięcie przewodu paliwowego 34 względem przewodu tlenowego 30 oraz przewodu paliwowego 34 względem nasadki paliwowej 38 wzdłuż kierunku osiowego do wnętrza pierwszego odcinka 16 obudowy palnika 12. Fig. 2a pokazuje położenie przewodu tlenowego 30, przewodu paliwowego 34 i nasadki paliwowej 38, określone położeniem 13 (fig. 3), w którym nasadka paliwowa 38 z końcówką 40 są wycofane w położenie oddalone w kierunku na lewo w płaszczyźnie rysunku względem położeń przedstawionych na fig. 1a i 2b. Fig. 2b pokazuje przewód tlenowy 30, przewód paliwowy 34 i nasadkę paliwową38 w położeniu przy płomieniowym końcu 18 palnika 12. To położenie jest położeniem 1 zarówno dla tlenu jak i paliwa podczas gdy położenie z fig. 2ajest położeniem 13 zarówno dla tlenujak i dla paliwa. Fig. 2c pokazuje położenie tlenowe 1 i położenie paliwowe 13, podczas gdy fig. 2d pokazuje położenie tlenowe 13 i położenie paliwowe 1. Wynika stąd, że położenie tlenowe jest tym położeniem, w którym zbieżno-rozbieżny przedni odcinek 32 dla przewodu tlenowego 30 i płomieniowa końcówka 36 przewodu paliwowego 34, są w tej samej płaszczyźnie. Położenie paliwowe 1 jest wtedy, gdy

172 304 płomieniowa końcówka 36 przewodu paliwowego 34 i końcówka 40 nasadki paliwowej 38 są w tej samej płaszczyźnie. Odwrotnie, położenie 13 zarówno dla tlenujak i paliwa występuje wtedy, γγ/Ίιτ i m aoJUawi/ma rtnrr*nFzno <»πτλ/Ιι ^τ»ο·ί^π·ία cw nr nnl/wanm no 1awa «λΙλοτο_

W iv\wnv νζ^ονι vuixvun ινιν tt j wzjjn ** »ł nu ιν n \j nym na rysunku. Czynność wycofywania różnych części palnika jest wykonywana ręcznie z pomocą poszczególnych mechanizmów regulacyjnych 50, 52. Przez wycofanie zmienia się rzeczywistą powierzchnię przepływu przy płomieniowym końcu 18 dla paliwa i tlenu.

Istnieje prawie liniowa zależność pomiędzy powierzchnią przepływu paliwa i powierzchnią przepływu tlenu przy płomieniowym końcu 18 palnika dla różnych ustawień położenia. W ten sposób można uzyskać w przybliżeniu trzykrotnie zwiększenie powierzchni przepływu w położeniu 13 zarówno paliwa jak i tlenu w porównaniu z odpowiednią powierzchnią przepływu w położeniu 1. Znaczy, to że prędkość może być zmieniana w przybliżeniu o 300% zarówno dla paliwa jak i dla tlenu przy danej wydajności spalania lub danym natężeniu przepływu.

Figura 3 jest wykresem przedstawiającym stosunek powierzchni przepływu tlenu do powierzchni przepływu paliwa w funkcji ustawień położenia. Krzywa pokazuje wyraźny wykładniczy spadek od położeniach 1 do położenia 10. W położeniu 10 powierzchnia przepływu paliwa osiąga wartość maksymalną, podczas gdy powierzchnia przepływu tlenu zwiększa się na całej drodze do położenia 13 jak pokazano na fig. 3. Zagłębienie krzywej zaobserwowane w położeniu 11 wynika z wyżej wymienionych powodów. Całkowity osiowy ruch obydwu mechanizmów regulacyjnych jest w przybliżeniu 41,33 mm. Dysze opisane powyżej są przeznaczone do pracy przy parametrach wyżej omówionej komory 14 wstępnego spalania.

Palnik według wynalazku umożliwia zmianę prędkości zarówno dla paliwa gazowego takiego jak gaz ziemny (Vng) jak i dla tlenu (Vox). Zależnie od natężenia przepływu, ustawienia położenia 1 do 13 mogą dawać od dużego strumienia do małego strumienia wybranego dla płomienia kontrolnego. W piecu wysokotemperaturowym, na przykład w piecu do wytopu szkła, dla wysokiej jaskrawości płomienia i dłuższych płomieni, (korzystne działanie), powinny być stosowane niższe prędkości to jest wyższe ustawienia położeń. Inaczej mówiąc, Vng i Vox powinny być mniejsze niż 183 m/s, a Vng/Vox powinien być między 0,3 . i 6,0. Jednakże dla wysokiej jaskrawości płomienia, (korzystne działanie), gdy stosuje się palnik według wynalazku powinny być zastosowane niższe prędkości przy stosunku Vng/Vox wynoszącym 1,0 do 1,5.

Na cechy płomienia tlenowo-paliwowego wpływa wiele parametrów geometrycznych i płynowych. Prędkość osiowa i krzywe naprężenia burzliwego zarówno dla tlenu jak i dla paliwa gazowego, to jest gazu ziemnego przy płomieniowym końcu 18 są pokazane na fig. 4a do 4b. Obydwa skrajne ustawienia położenia są rozważane jako położenia 1 i 13, które są wykorzystywane do ilustracji zmian. Jak pokazano na fig. 4b i 4d międzyfazowe prędkości osiowe i naprężenie burzliwe są maksymalne. Z drugiej strony w położeniu 13 (fig. 4a i 4c) międzyfazowe prędkości osiowe i naprężenia burzliwe sąminimalne. Efektami naprężeń burzliwych przy ściance i granicy faz paliwo-tlen, jest wprowadzenie zmian burzliwości czyli natężenia burzliwości zarówno w przepływie paliwa jak i w przepływie tlenu. Im większe jest natężenie burzliwości tym wyższy stopień mieszania granicy faz paliwo-tlen. Ten wyższy stopień mieszania paliwa i tlenu przyspiesza proces spalania występujący w komorze 14 wstępnego spalania i wewnątrz pieca. Tabela 2 ilustruje wpływ ustawień 1i 13 położenia palnika na różne parametry płynu, które następnie zmieniają cechy płomienia.

172 304

Tabela 2

Wpływ ustawień położenia dyszy palnika na parametry płynu i cechy płomienia.

Zmiana ustawień położenia palnika	Gaz ziemny i O2 Powierzchnia przepływu	Gaz ziemny i O2 Prędkość przy graniyy faz	Gaz ziemny i O2 Naprężeme burzliw e gramyy faz i ścianki	Gaz ziemny i O2 Natężeme burzliwości	Gaz ziemny i O2 Stopeńń mieszania	Jaskrawoic płomienia	Tempraatura płomienia	Długoćć płomienia
Tlen Poz. 1 Gaz ziemny Poz.l		......-		T		Ψ	t
Tlen Poz. 13 Gaz ziemny Poz. 13	t					t		t

Parametrami najbardziej wpływającymi są natężenie burzliwości i stopień mieszania. Te dwa parametry spełniają ważnąrolę przy zmianie płomienia, temperatury, jego długości i jaskrawości. Niższe ustawienia położeń, tojest 1,2,3 dającechy płomienia krótkiego o dużym strumieniu, podczas gdy wyższe ustawienia płomienia, to jest 7, 8, 9 dają cechy długiego płomienia o małym strumieniu. Na przykład w piecu z częściowym przetwarzaniem z palnikami tlenowo-paliwowymi i powietrzno-paliwowymi, ten pierwszy palnik powinien pracować w zakresie dużego strumienia aby powiększyć wpływy palników powietrzno-paliwowych i znacznych objętości gazu, na kształt płomienia tlenowo-paliwowego i jego stabilność. Jednakże w piecach tlenowo-paliwowych z całkowitym przetwarzaniem korzystny jest mały strumień ponieważ daje on niższe temperatury płomienia i wyższą jaskrawość płomienia.

Wymagane jest takie wytwarzanie palnika aby układ miał dobre uszczelnienie w celu zminimalizowania przenikania powietrza z zewnątrz. Ponieważ części są ze sobą połączone szczelnie względem płynu, powietrze z otoczenia lub zimne powietrze otaczające palnik nie może wpływać do wnętrza pieca, zmniejszając przez to ilość ciepła potrzebną z zewnątrz, co powoduje oszczędności paliwa. Ponadto odizolowane spalanie zabezpiecza przed wpływem powietrza do palnikowego układu spalania zmniejszając zewnętrzne źródło wycieku powietrza do pieca i przez to redukując główne źródło azotu powodujące powstawanie NO_X.

Palnik według wynalazkujest zwykle poddany znacznemu promieniowaniu ze środowiska takiego jak piec do topienia szkła. W takim piecu płomieniowy koniec palnikajest normalnie narażony na działanie temperatury 1427°C w sposób ciągły. Żaden powszechnie znany stop nie jest w stanie wytrzymać takiej temperatur^· bez zewnętrznego lub wewnętrznego chłodzenia. Jednakże palnik według wynalazku pracuje z dwoma sposobami chłodzenia podczas normalnego działania, przy czym pierwszy stanowi wymuszone chłodzenie przez konwekcję paliwa i/lub tlenu przepływającego przez palnik, a drugi przewodzenie i swobodne chłodzenie przez unoszenie z korpusu palnika. Długość co najmniej 533 mm i przybliżona powierzchnia 1484 cm² były odpowiednie do rozproszenia ciepła do atmosfery przez przewodzenie i swobodne unoszenie. Palnik według wynalazku był przystosowany do spalania tlenu i oleju a próby zostały przeprowadzone na handlowych urządzeniach do wytwarzania szkła. Palnik według wynalazku był zainstalowa172 304 ny w piecu normalnie ogrzewanym ośmioma palnikami spalającymi tlen i gaz ziemny. Jeden z konwencjonalnych palników spalających tlen i gaz ziemny został zastąpiony przez palnik według wynalazku, w którym spalono zarówno dwa jak i sześć olejów paliwowych. Natężenie przepływu w palniku zmieniało się od 0,053 do 0,019 dm3's, przy czym 26,5 dm³ wytwarza w przybliżeniu 1055000 kJ przy średniej 0,127 dm³/s ilości paliwa zużytego podczas próby. Płomień palnika był bardzo jaskrawy o długości zmieniającej się od30,5 do 152,4 cm zależnie od obciążenia cieplnego. Temperatura wykładziny ogniotrwałej pieca zwiększyła się średnio o 10°C w wyniku dużej jaskrawości płomienia tlenowo-paliwowego. Temperatura komory wstępnego spalania była zbliżona do temperatury pieca chociaż płomień był bardzo intensywny wewnątrz komory wstępnego spalania. Kontrola zespołu palnika przy końcu próby nie ujawniła osadu lub zmiany barwy metalu, spowodowanej wysokątemperaturąpieca do odlewania szkła, lub procesu spalania.

Claims

1. Układ palniko wy tlenowo-palrwow^y zawierający palnik tlenowo-paliwowy posiadający cylindryczną obudowę, umieszczony współosiowo z tą obudowąi zakończony płomieniowąkońcówką przewód paliwowy z nasadkąpaliwową, przewód gazowy i komorę wstępnego spalania, znamienny tym, że zawiera przewód tlenowy (30) umieszczony pomiędzy obudową (16) a cylindrycznym przewodem paliwowym (34) zakończony zbieżno-roz.bieżnym przednim odcinkiem (32), zaś płomieniowa końcówka (36) przewodu paliwowego (34) ma kształt ściętego stożka zbieżnego w kierunku komory (14) wstępnego spalania, a cylindryczna nasadka paliwowa (38) jest umieszczona wzdłuż przewodu paliwowego (34) i jest zakończona końcówką (40) w kształcie stożka ściętego zbieżnego w kierunku komory (14) wstępnego spalania, przy czym przewód tlenowy (30) jest zakończony równo z obudową (16) palnika (12), natomiast nasadka paliwowa (38) i przewód paliwowy (34) są umocowane przesuwnie wzdłuż względem siebie i względem przewodu tlenowego (30), zaś komora (14) wstępnego spalaniajest zamontowana szczelnie na palniku (12) i posiada cylindryczny współosiowy kanał (66), którego stosunek długości (L) do średnicy (d) wynosi od 2 do 6 przy wydajnościach cieplnych palnika od 73 do 11722 kW.

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnętrzna powierzchnia płomieniowej końcówki (36) przewodu paliwowego (34) ma kształt stożkowo-cylindryczny, a zewnętrzna powierzchnia końcówki (40) nasadki paliwowej (38) ma kształt stożkowy tworząc między nimi otwór pierścieniowy paliwa o zmiennym polu przekroju.

3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że wewnętrzna powierzchnia przewodu tlenowego (30) przy płomieniowym końcu (18) a zewnętrzna powierzchnia przewodu paliwowego (34) przy płomieniowej końcówce (36) ma kształt stożkowy tworząc między nimi otwór pierścieniowy tlenu o zmiennym polu przekroju.

4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że urządzenie wprowadzające paliwo do przewodu paliwowego (34) stanowi urządzenie rozpylające płynne paliwo.

5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że palnik tlenowo-paliwowy (12) jest ze stali nierdzewnej, stopów stali, stopów wysokotemperaturowych i nadstopów.

6. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że komora (14) wstępnego spalaniajest zamocowana rozłącznie do palnika tlenowo-paliwowego (12).

7. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że palnik tlenowo-paliwowy (12) jest utworzony z wyjmowalnych odcinków.

8. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że palnik tlenowo-paliwowy (12) jest wyposażony w elementy podpierające ten palnik (12).